二維材料，尤其是MXene，因其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)而成為了研究熱點(diǎn)。這些材料在催化、傳感和生物技術(shù)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用潛力引起了科學(xué)界的高度關(guān)注。然而，在二維MXene材料表面精確控制金屬納米結(jié)構(gòu)的合成過(guò)程仍面臨諸多挑戰(zhàn)，包括金屬前驅(qū)體、載體、還原劑、溶劑之間復(fù)雜的相互作用。這些因素的錯(cuò)綜復(fù)雜使得實(shí)現(xiàn)金屬的精準(zhǔn)調(diào)控變得困難。有鑒于此，上海師范大學(xué)李輝教授團(tuán)隊(duì)在Nature Synthesis期刊上發(fā)表了題為“Metal/MXene composites via in situ reduction”的最新論文。針對(duì)這一問(wèn)題提出了一種基于原位還原策略的研究方法。他們通過(guò)系統(tǒng)研究金屬在MXene表面成核和生長(zhǎng)的過(guò)程，深入分析了氧化還原電位、金屬配位環(huán)境及晶格失配度對(duì)金屬沉積的影響。研究結(jié)果表明，金屬在MXene表面的沉積過(guò)程遵循特定規(guī)律，從單原子到團(tuán)簇再到納米顆粒的轉(zhuǎn)變。同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)成功合成了多種結(jié)構(gòu)可控的金屬/MXene復(fù)合材料，如AgAu-Edge/Ti3C2Tx和Pd@Au-Edge/Ti3C2Tx等。該研究不僅為理解金屬在MXene材料上的沉積機(jī)制提供了新視角，還為開(kāi)發(fā)新型金屬/MXene復(fù)合材料奠定了基礎(chǔ)。這些成果為催化、傳感和生物技術(shù)等領(lǐng)域提供了可定制化的新材料選擇，展示了金屬與二維材料復(fù)合物在未來(lái)的巨大應(yīng)用潛力。（1）實(shí)驗(yàn)首次在水相環(huán)境中研究了多種金屬（Au、Pd、Ag、Pt、Rh、Ru和Cu）在Ti3C2Tx MXene表面的原位還原沉積，得到了具有精確結(jié)構(gòu)的金屬/MXene復(fù)合材料。（2）通過(guò)原位還原策略，團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了金屬?gòu)膯卧拥郊{米顆粒的轉(zhuǎn)變，揭示了金屬在MXene表面沉積的一般性規(guī)律。研究表明，金屬的氧化還原電位、配位環(huán)境和晶格失配度對(duì)金屬沉積過(guò)程起著關(guān)鍵作用。（3）具體而言，Au、Ag和Pd在不同負(fù)載下展現(xiàn)出不同的沉積特征，其中Au納米顆粒均勻沉積于Ti3C2Tx MXene的邊緣，而Pd則表現(xiàn)為蟲(chóng)狀結(jié)構(gòu)。此研究為金屬在MXene材料上的成核和生長(zhǎng)提供了深入理解，有助于設(shè)計(jì)出具有特定活性位點(diǎn)的催化材料。圖1. 原位還原過(guò)程-成核和生長(zhǎng)的初步探索。本文通過(guò)原位還原策略，研究揭示了金屬在MXene表面沉積的普遍規(guī)律，特別是金屬的氧化還原電位、配位環(huán)境及晶格匹配度對(duì)沉積過(guò)程的關(guān)鍵影響。這些發(fā)現(xiàn)為精準(zhǔn)控制金屬的尺寸、位置和結(jié)構(gòu)奠定了理論基礎(chǔ)，有助于深入理解金屬的活性位點(diǎn)，從而優(yōu)化催化性能。其次，研究表明，不同金屬在MXene上的沉積行為各異，這提示我們可以利用這一特性，通過(guò)調(diào)整金屬種類及其負(fù)載量，實(shí)現(xiàn)多樣化的復(fù)合結(jié)構(gòu)，滿足不同應(yīng)用需求。此外，本文探討的沉積機(jī)制不僅適用于Ti3C2Tx，還可推廣至其他MXene材料，進(jìn)一步擴(kuò)展了金屬/MXene復(fù)合材料的應(yīng)用范圍。最后，這一研究為開(kāi)發(fā)高性能催化劑、傳感器和其他功能性材料提供了新的思路，推動(dòng)了二維材料與金屬異質(zhì)結(jié)構(gòu)的結(jié)合，為未來(lái)在能源、環(huán)境和生物技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。Zhang, Q., Wang, Ja., Yu, Q. et al. Metal/MXene composites via in situ reduction. Nat. Synth (2024). https://doi.org/10.1038/s44160-024-00660-z
