随着时代发展，人类对多功能新材料的需求愈发迫切。作为一种人工合成新材料，MAX相兼具金属材料和陶瓷材料的优良特性，在高铁电弓、高温隔热罩、耐磨涂层等领域有着良好的应用前景。不过，这类材料的制备一直是个难题。
中科院宁波材料所研究员黄庆带领团队提出一种新方法，可以像“扭转魔方”一般，创制出许多常规路径无法合成的新型MAX相和MXene材料。这不仅拓宽了这类材料的应用范围，还为材料合成带来了无穷想象力。北京时间3月17日，该研究成果正式发表在《Science》杂志上。
黄庆告诉记者，目前MAX相材料主要应用于高温结构，如果能将MAX材料中的A位元素替换为磁性元素、贵金属或其他具有特殊功能的非传统元素，就有望将材料的应用拓展到磁性、光电、催化、超导等更多领域。
“MAX相材料好比一座三维积木，用一般的方法抽掉积木中的一块，会破坏整个化学结构。”黄庆说，“理想的方式是在保持框架完好的前提下，将中间的A位元素‘方块’单独取出，再组装进我们想要的物质。”
早在2019年，黄庆团队就提出一种绿色制备技术，用一把具有氧化性的“化学剪刀”，即路易斯酸熔盐，刻蚀掉层间需要调控的元素。现在，他们又用还原性金属做出了另一把“剪刀”辅助编辑，将没有A元素的二维MXene材料重新组装成新的三维MAX相材料。根据氧化还原电位选择“化学剪刀”，就能精准把控裁剪的过程，避免破坏结构中的其他部分。
制备新材料的方式与“转魔方”颇为类似：微微扭转三层魔方的中间层，无需破坏原有结构，就能“剪”掉A位元素。随后，将代表新元素的魔方块扭转、还原到原来的位置，就实现了两种元素间的“同晶置换”。
采用该方法，黄庆团队还得到了一系列新型MXene材料，有望促进MXene材料在催化、储能、电磁屏蔽等领域的进一步应用。
“魔方上元素的不断变换组合给了材料研究无穷的想象力。”黄庆说，“如果转掉M元素、X元素，会发生什么？我们希望有更多研究者来‘转动魔法’，共同探索这种制备方法的潜力。”
来源：中科院宁波材料所、浙江日报
