层间金属键主导的Mo2C MXene多重堆垛结构与演变规律

Mo₂C作为一种新的MXene材料从被发现之初就备受瞩目，它已经被发现在低温4K左右出现超导转变，在催化领域也被发掘出优异的二氧化碳还原和析氢反应性能。但是，相较于半导体的层状材料，例如石墨烯、MoS₂等，MXene材料的结构较为单一。结构转变/相变是用来调控和设计来提高材料性能的有效手段之一，对于层间金属键主导的 MXene材料能否出现更多的堆垛结构，而这些不同堆垛结构的相变机理又是什么？

新加坡国立大学罗建平与Stephen Pennecook教授课题组利用化学沉积法准备了Mo₂C MXene，通过STEM球差校正电子显微镜观测到了flake边缘蕴藏着丰富的结构，除了我们所熟知的AA堆垛结构，同时发现了AB和ABC堆垛结构，这一重大发现丰富了MXene结构并带来了金属碳化物陶瓷薄层的新一轮机遇。美国橡树岭国家实验室孙维威博士、Paul Kent高级研究员和吉林大学物理系谢禹教授基于石墨烯、TMD家族的ABC堆垛，通过层间与层内两种滑动模式找到了亚稳定态的ABC堆垛结构，此种Mo₂C 的ABC新堆垛结构与范德瓦尔斯力结合的层状材料结构完全不同，从而证实了层间作用力决定了结构和演变机理。同时，DFT预测了金属键的层状材料具备特独的结构与潜在的优异性能，例如电导率和成健特征，其更低的HER吉布斯自由能，最后得到实验的证实。

这一成果近期发表在Advanced Materials 上，文章的第一作者为新加坡国立大学赵晓续博士和美国橡树岭国家实验室孙维威博士；通信作者是孙维威博士、新加坡国立大学Stephen Pennycook教授和罗建平教授。

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Edge Segregated Polymorphism in 2D Molybdenum Carbide

Xiaoxu Zhao, Weiwei Sun, Dechao Geng, Wei Fu, Jiadong Dan, Yu Xie, Paul R. C. Kent, Wu Zhou, Stephen J. Pennycook, Kian Ping Loh

Adv. Mater., 2019, 31, 1808343, DOI: 10.1002/adma.201808343

孙维威博士简介

孙维威，2015年于瑞典皇家工学院/乌普萨拉大学取得博士学位，2015年至2016年在瑞典乌普萨拉大学担任研究员，自2016年5月起在美国橡树岭国家实验室工作。研究方向为计算材料物理；主要研究兴趣为高压力下的金属材料相变及量子效应、极端条件下的固体缺陷形成与行为、先进计算方法与机器学习以及过渡金属碳/氮化物材料。论文包括Acta Materialia, Applied Physics Letters, Advanced Materials, Chemistry of Materials, Nanoscale, Nature Communications, Physical Review B, Physics Review Letters 等35篇。