摘要：MXene是由过渡金属碳化物、氮化物和氮碳化物等二维材料组成的一类新型材料，广泛应用于电催化、储能、传感器等领域。与传统的金属催化剂相比，MXene材料具有较高的电导性、较强的机械强度以及良好的热稳定性等优点。然而，尽管MXenes在许多应用中具有显著优势，但

MXene是由过渡金属碳化物、氮化物和氮碳化物等二维材料组成的一类新型材料，广泛应用于电催化、储能、传感器等领域。与传统的金属催化剂相比，MXene材料具有较高的电导性、较强的机械强度以及良好的热稳定性等优点。然而，尽管MXenes在许多应用中具有显著优势，但目前存在合成难度大、过渡金属基MXene的稳定性差等问题，这限制了其在大规模催化和能源转化中的应用。因此，如何优化MXene的合成方法以及提升其催化性能成为了一个亟待解决的挑战。

成果简介

为了解决这些问题，美国普渡大学Babak Anasori教授团队在Nature Synthesis期刊上发表了题为“Synthesis of a 2D tungsten MXene for electrocatalysis”的最新论文。他们团队设计并成功制备了一种新的钨基MXene材料W2TiC2Tx，采用从非MAX前驱体(W,Ti)4C4−y中选择性蚀除钨层的方法，突破了传统MAX前驱体的稳定性问题。

研究表明，钨和钛在金属层中的有序排列以及金属层中的空位缺陷，能够有效促进前驱体的选择性蚀刻。此外，该团队还通过计算和实验相结合的方式，验证了钨和钛的原子尺度外向有序结构，从而为后续MXene材料的合成提供了理论依据和实践指导。

本研究通过优化合成过程，W2TiC2Tx MXene展现出了优异的电催化析氢反应（HER）性能，过电位在10 mA cm−2下为144 mV，显著提升了催化活性。该研究不仅成功实现了钨基MXene的合成，而且为未来在可再生能源领域的催化材料提供了新的思路和技术路径，具有重要的应用前景。

研究亮点

1. 实验首次合成了W2TiC2Tx MXene，通过选择性蚀刻非 MAX 前驱体 (W,Ti)4C4−y 获得了这一新的钨基 MXene。2. 实验通过在合成过程中引入过量铝，提高了前驱体的结构质量，成功实现了从 (W,Ti)4C4−y 前驱体到 W2TiC2Tx MXene 的合成。实验结果表明，钨和钛的有序排列，以及金属层中的空位缺陷，是成功蚀刻的关键。3. 通过 STEM 和 XPS 对 W2TiC2Tx MXene 进行了结构和形态表征，确认了钨和钛的原子层次的垂直排列，并验证了该 MXene 中无氧杂质。4. 通过 DFT 计算，研究了 W2TiC2Tx MXene 的电催化析氢反应（HER）性能，发现该材料的 HER 活性表现出较低的过电位（约 144 mV 于 10 mA cm−2），显示出高效的催化性能。图文解读

图 1：用于合成改性 (W,Ti)4C4−y 前驱体及其 HF 可蚀性的 DFT 与实验方法。

图 2：2Al-(W2Ti)4C4−y 前驱体向 W2TiC2Tx MXene 合成过程的逐步表征。

图 3：利用 STEM 和 XPS 对 W2TiC2Tx MXene 进行材料表征。

图 4：W2TiC2Tx MXene 的电催化 HER 活性：基于严格 DFT 计算确定 W2TiC2Tx MXene 的 HER 活性。

结论展望

本研究提供了关于钨基 MXene 合成的新视角，尤其是在非 MAX 前驱体基础上构建具有独特化学和结构特性的 MXene。这一研究表明，通过选择性蚀刻钨层，从改性三元碳化物前驱体 (W,Ti)4C4−y 中成功合成出 W2TiC2Tx MXene，并揭示了钨基 MXene 在析氢反应中的优异电催化性能。这为未来开发具有高效催化性能的 MXene 提供了重要思路，特别是在能源转化领域，如氢气生产和储存。

此外，研究还展示了钨基 MXene 在光电子学领域的应用潜力，表明其不仅限于催化领域，还可扩展至光学限幅、全光开关等光电应用。通过这一合成方法，可以进一步探索其他非 MAX 前驱体的合成路径，拓宽 MXene 的应用领域和开发新型材料。这一研究为 MXene 的未来发展奠定了理论基础，并为相关材料的多功能应用提供了新的可能性。

文献信息

Thakur, A., Highland, W.J., Wyatt, B.C. et al. Synthesis of a 2D tungsten MXene for electrocatalysis. Nat. Synth (2025). https://doi.org/10.1038/s44160-025-00773-z

来源：MS杨站长