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两维MXene材料以其独特的物理化学性质成为制备功能性复合材料的重要平台。通过在MXene表面沉积金属纳米结构，可以赋予材料优异的催化、电子和生物功能。然而，传统的金属沉积方法难以精确控制金属的生长位置、尺寸和结构。本文提出了一种基于MXene的原位还原策略，可通过调控金属离子的还原过程精确构建MXene/金属复合材料，为催化剂和传感材料的设计提供了新方向。
成果简介
研究团队利用MXene材料作为还原剂，成功实现了多种贵金属（如Au、Pd、Pt）及过渡金属（如Cu）的原位还原沉积。通过调控MXene的表面特性和金属离子的配位环境，研究人员在MXene纳米片表面构建了包括单原子分散、核壳结构和边缘选择性沉积的多种复合结构。这些复合材料展现了优异的结构可控性，并在电催化和表面增强拉曼光谱（SERS）中展现出巨大潜力。
研究亮点
精准的金属生长调控：通过MXene的表面电子供体特性，实现了金属纳米结构在特定位置（如边缘或表面）的选择性沉积。
多样化的结构设计：提出了通过调控金属配位环境实现核壳、合金和边缘选择性结构的新方法。
高效的原位还原能力：利用MXene中Ti²⁺/Ti³⁺的低价态，实现了金属离子的高效还原和沉积。
广泛的材料适用性：此策略适用于多种MXene和金属组合，扩展了材料设计的可能性。
配图精析
图1：展示了金属在MXene表面的原位还原过程的机制示意图，包括金属离子的还原、电荷转移和沉积过程的动态演化。HAADF-STEM图像显示了不同金属（如Pd、Ru、Cu）在低负载条件下的单原子分散特性。
图2：揭示了金属沉积过程中Ti元素的溶解行为及其对材料结构稳定性的影响。通过EXAFS和XPS分析，确认了金属沉积导致MXene表面Ti的氧化和微缺陷的形成。
图3：展示了Au纳米粒子在MXene边缘的选择性沉积模式。TEM和STEM图像表明，在不同负载条件下，Au纳米粒子均优先沉积在边缘部位，且表现出一致的形貌特征。
图4：Pd在MXene表面的沉积与粒径分布。TEM图像显示Pd纳米粒子在超高负载下仍保持均匀分布，且其晶格间距受MXene晶格应变影响而略有拉伸。
图5：总结了通过原位还原策略构建的多种MXene/金属复合材料结构，包括核壳结构、合金以及表面和边缘选择性沉积等多种模式。元素分布图和HAADF-STEM图像直观展示了材料的结构特点和均匀性。
展望
本研究提出的原位还原策略，通过精确控制金属在MXene表面的沉积行为，成功实现了多样化的复合材料设计。这一方法在电催化、传感和其他能源相关应用中展现出巨大潜力。未来研究将致力于探索更多MXene与金属的组合，并进一步优化复合材料的性能与应用。
文献信息
期刊：Nature Synthesis
DOI：10.1038/s44160-024-00660-z
原文链接：https://doi.org/10.1038/s44160-024-00660-z
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