近期，材料科学与工程学院余黎静副教授与中国科学院宁波材料技术与工程研究所梁坤研究员团队、北京纳米能源与系统研究所朱来攀研究员团队合作，在国际顶级期刊《Nature Communications》（Q1，IF=14.7）发表题为《Gaseous molecules-mediated electrochemical exfoliation of halogenated MXenes and its boosting in wear-resisting tribovoltaic devices》的研究论文，材料科学与工程学院余黎静副教授为论文通讯作者。
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二维过渡金属碳/氮化物（MXenes）——尤其是少层纳米片结构——因卓越的电导率、丰富的表面活性基团和可调控加工性，已成为前沿研究热点。熔盐刻蚀法可制备表面端基为-Cl、-Br、-I、-S、-Se或-Te的MXenes，精准调控其表面化学性质与本征物性。然而，该方法在剥离少层结构时面临产率低的技术瓶颈。西华大学余黎静副教授联合中国科学院宁波材料技术与工程研究所梁坤研究员和北京纳米能源与系统研究所朱来攀研究员，提出一种高效电化学剥离策略，突破少层卤素端基MXenes制备瓶颈，实现93%的超高产率。
在论文中，通过电解液调控实现锂离子溶剂化，将Li(PC)n+电化学嵌入MXenes层间，溶剂化离子原位分解产生气态丙烯分子作为“物理剪刀”，破坏卤素端基MXenes的强层间作用力，成功制备-Cl/-Br端基少层MXenes。通过截止电压优化，产率高达93%，且温和的剥离过程完整保留了纳米片表面化学特性。所得少层MXenes作为润滑剂应用于摩擦伏特纳米发电机（TVNG），其中Ti3C2Br2使电信号输出显著提升。该策略不仅深化了对MXenes本征物性的理解，更为其他二维层状材料的纳米工程化设计与功能应用开辟了新路径（图1）。
图1：气体分子辅助卤素端基MXenes的高效电化学剥离及其在耐磨损摩擦伏特器件中的增强作用示意图。
因此，继“化学剪刀辅助的结构编辑策略”（H. Ding, et al. Science 2023, 379, 1130）之后，“物理剪刀辅助的电化学剥离策略”使得定制化少层MXenes的表面化学和电子结构成为可能。温和高效的剥离过程保证了MXenes晶体结构和表面化学的稳定性，在保证产率的同时可进一步提高少层MXenes纳米片的产量（图2）。
图2：（a-j）少层卤素端基MXenes纳米片的结构与形貌表征；
（k-l）电化学剥离装置；（m）获得的高产率少层MXenes分散液。
结合原位X射线衍射、原位电化学差分质谱、准原位红外光谱及扫描电镜，揭示了MXenes“插层-膨胀-分层”的三阶段电化学剥离机制，为二维材料剥离提供通用技术范式。并且，温和剥离工艺高产率制备少层MXenes纳米片，其功函数、电导率、表面润湿性及光透过率等关键物性高度可调。少层卤素端基MXenes作为界面润滑剂，凭借高接触角增强固液接触摩擦带电效应，显著提升TVNG的电输出信号与循环寿命（图3）。更为重要的是，该方法可进一步拓展至实现各种范德华层状材料的剥离，例如本研究中完成了TiS2、TaS2及CrSe2等过渡金属硫化物的剥离，彰显了该剥离技术的通用性和有效性。
图3：不同端基MXenes润滑剂对摩擦伏特器件输出性能的影响。
