选择性地从钛碳化硅蚀刻出硅来获得碳化钛薄片

MXenes金属具有导电性和亲水性，所以它们是可充电电池和超级电容器中电极的不二选择，在其他方面也广泛应用，如光热癌症治疗、电磁屏蔽、水净化和气体感应。在Angewandte Chemie杂志中，研究人员推出了一种新的生产方法。抛开传统的、昂贵的钛碳化铝，选择性地从钛碳化硅（一种更廉价和更常见的碳化钛化合物）中蚀刻出硅来获得碳化钛。

与普通三维材料相比，几个原子厚度极薄层组成的二维材料具有完全不同的特殊性能。 最典型的的二维材料就是石墨烯，它由单层碳原子组成。2011年，费城德雷塞尔大学（美国宾夕法尼亚州）合成了一种新的二维材料。这种材料便是MXenes，由过渡金属碳化物和氮化物合成，其中M代表过渡金属，如钛、钒或钼，X表示碳或氮，并且有多种合成组分可供选择（约30 种组分已经被实验证明，预计还会有数十种）。其中一种MXene是碳化钛Ti₃C₂。

获得所需的MXene通常涉及到迂回过程：用氢氟酸选择性蚀刻MAX相的层状碳化物和氮化物以除去“A”元素层，所述“A”元素为13或14主族元素，例如铝、硅、锗。通过这种方式，碳化钛可以通过蚀刻出碳化钛铝（Ti₃C₂）中的铝来获得。但是，这种原料价格昂贵，而且生产很复杂。但是硅类物质可以以便宜的价格买到，如钛碳化硅（Ti₃SiC₂）。Ti₃SiC₂是德雷克赛研究人员在2011年尝试选择性蚀刻的第一个MAX相，但使用氢氟酸蚀刻时，硅原子与相邻的过渡金属原子紧密结合，所以实验失败。

由德雷克塞尔大学Yury Gogotsi领导的一个研究小组目前已成功研发出这一过程的变体。研究人员添加氧化剂削弱了硅键和氧—硅键。该团队用氢氟酸和氧化剂（如硝酸、过氧化氢或高锰酸钾的混合物）选择性地从Ti₃SiC₂中除去硅而生产出碳化钛MXene。

蚀刻过程留下碳化钛堆叠，可以分层制造出约1纳米厚度的薄片。研究人员使用这种方法大规模生产碳化钛导电薄膜。

这种新方法使MXenes的生产变得更容易，并且开辟了一条新的路径¬——用含硅化合物材料生产新MXenes以及相关二维材料，同时也扩展了科学家和工程师们可应用的二维纳米片族。