MXenes再发顶刊Science讲述MXenes的共价表面改性与超导电性
背景简介
二维过渡金属碳化物和氮化物（MXene）在超级电容器、电池、电磁干扰屏蔽、复合材料和催化剂等方面的应用得到了积极的研究。 MXene通常由对应的MAX相合成（图1a），其中M代表过渡金属（例如Ti、Nb、Mo、V、W等），X代表C或N，通过选择性刻蚀主族元素A（例如Al、Ga、Si等）。
刻蚀通常在HF水溶液中进行，使MXene以F、O和OH官能团的混合物（通常表示为Tx）终止。这些官能团可以进行化学修饰，这与其他二维材料（如石墨烯和过渡金属二氯化物）的表面不同。
最近的理论研究预测，不同表面基团的MXene选择性终端可以产生显著的性能， 如：打开或关闭带隙、室温电子迁移率超过104 cm2/V·s、功函数可调、半金属性和二维铁磁性。MXene表面的共价功能化有望为二维功能材料的合理工程化开辟新的方向。
文章介绍
近日，美国芝加哥大学Dmitri V. Talapin课题组在国际顶级期刊Science（DOI: 10.1126/science.aba8311）上发表题为“Covalent surface modifications and superconductivity of two-dimensional metal carbide MXenes”的文章。
作者介绍了一种通过在熔融无机盐中进行置换和消除反应来安装和去除表面基团的一般策略。 成功地合成了具有O，NH，S，Cl，Se，Br，Te表面终端的MXene，以及没有表面终端的MXene。这些MXene具有独特的结构和电子性质。例如，表面基团控制MXene晶格中的原子间距离，与体TiC晶格相比，以Te2−配体终止的Tin+1Cn（n=1,2）MXene表现出巨大的平面内晶格膨胀（>18%）。Nb2C MXene具有表面基团依赖的超导电性。MXene片的表面是在刻蚀MAX相期间确定的。
电化学和水热法最近被应用于不借助HF刻蚀MAX相，但是水溶液的使用引入了Cl，O和OH表面基团的混合物。在高于500℃的ZnCl2熔融液和其他几种Lewis酸性熔盐中对Ti3AlC2 MAX相进行刻蚀，得到具有纯Cl终端的Ti3C2Cl2 MXene。
由于熔盐中MAX相的刻蚀消除了不希望的氧化和水解，作者将该方法的稍加改变在CdCl2熔盐中合成了Ti3C2Cl2、Ti2Cl2和Nb2Cl2 MXene。此外，使用Lewis酸性CdBr2将熔盐蚀刻路径延伸到氯化物之外，制备了第一个Br终端的Ti3C2Br2和Ti2CBr2 MXene（图1b,c）。
利用高分辨率扫描透射电子显微镜（STEM）、拉曼光谱并结合X射线方法（包括能量色散元素映射、XRD、原子对分布函数（PDF）、荧光（XRF）、EXAFS和XPS对所有新MXene的形态、结构和组成进行了表征。
作者发现Cl-和特别是Br-终止的MXene可以有效地参与一种新型的表面反应，在这种反应中卤化物离子与其他原子和官能团交换，可以对MXene材料的表面化学、结构和性能进行前所未有的控制。 与具有Tx表面基团的MXene典型的M-F和M-OH键相比，来自MXene片外层的过渡金属原子（Ti、Mo、Nb、V）形成相对较弱的M-Cl和M-Br键。强的Ti-F和Ti-O键使得MXene的合成后共价表面修饰变得困难。相反，具有不稳定表面键合的Cl-和Br-端基MXene是进一步化学转化的多功能合成子。
要点解析
要点一：
MXene表面交换反应通常需要300℃到600℃，作者使用熔融碱金属卤化物作为溶剂，具有优异的高温稳定性、各种离子化合物的高溶解度和宽的电化学窗口。 例如，分散在CsBr/KBr/LiBr共晶（熔点236℃）中的Ti3C2Br2 MXene（图1b）与Li2Te和Li2S反应，分别形成新的Ti3C2Te（图1d）和Ti3C2S（图1e）MXene。Ti3C2Br2和Ti2CBr2与LiH在300℃下的反应生成裸Ti3C2□2（图1f）和Ti2C□2 MXene，其中□代表空位。
图1. 熔融无机盐中MXene的表面反应。
（a） 路易斯酸性熔盐中MAX相的刻蚀示意图；
（b） 在CdBr2熔盐中刻蚀Ti3AlC2-MAX相合成的Ti3C2Br2-MXene片的原子分辨率高角环形暗场（HAADF）图像；
（c）Ti3C2Br2-MXene片的EDX元素分析（线扫描），分别用Br代替Te和S表面基团得到；
（d）Ti3C2Te和（e）Ti3C2S MXene的HAADF图像；
（f）反应消除Br表面基团得到Ti3C2□2 MXene（□代表空位）的HAADF图像。
要点二：
Ti3C2Cl2和Ti3C2Br2与Li2Se、Li2O和NaNH2反应生成Ti3C2Se、Ti3C2O和Ti3C2（NH）MXene。 用正丁基锂进一步处理Ti3C2Tn-MXene（T=Cl，S，NH）的多层膜，得到具有负表面电荷的Li+插层片（图2a）。随后在极性有机溶剂中分散，形成稳定的单层片状胶体溶液（图2b和c）。旋涂薄膜的X射线衍射图显示了一个单一的（0002）衍射峰，对应于两个相邻MXene片之间的中心距（图2d）。
图2. 多层Ti3C2Tn-MXene的分层。
（a） 分层过程示意图；（b） 显示Tyndall效应的Ti3C2Tn-MXene（T=Cl，S，NH）在NMF中稳定的胶体溶液的照片；（c）胶体溶液中沉积的Ti3C2Cl2-MXene薄片的TEM图像，插图为突出显示区域的快速傅立叶变换，显示单个薄片的结晶度和六边形对称性；（d） 玻璃基板上旋铸多层MXene和分层鳞片的XRD图谱。
要点三：
Ti2CCl2、Ti2CBr2和Nb2CCl2 MXene实现了类似的共价表面修饰（图3a）。表面基团的性质对MXene结构有异常强烈的影响。
实空间原子间PDF、G（r）显示了Ti-T和Ti-Ti2距离在Ti2CTn MXene的S到Te系列中向更大值的系统偏移（图3a，b）。在MXene中，Ti-Ti2距离等于（0001）平面上Ti原子之间的最近邻距离，因此它表示平面内a晶格常数（图3b，c）。
Ti2CTn MXene的模拟XRD图案表明，较大的Te2基团可能位于相邻Ti原子的顶部（图3d）。 表面原子的vdW半径和堆积密度对a有很大的影响（图3c），裸（□）和NH端MXene几乎没有应变，而Cl、S、Se和Br封端的MXene都具有拉伸ε||。与较厚的Ti3C2Tn-MXene相比，较薄的Ti3C2Tn-MXene相对于体TiC晶格具有稍微大的平面内膨胀或收缩。
图3e显示，在具有S、Cl、Se、Br和Te原子官能化的Ti3C2Tn MXene中，a晶格参数的膨胀伴随着Ti3C2层沿c轴的相应收缩。这一观察结果与Ti3C2层在表面原子施加的拉伸应力下的行为一致（图3e）。
图3. 表面基团在MXene晶格中引起巨大的应变。
（a）用原子对分布函数G（r）的小r区探测Ti2CTn MXene（T=S，Cl，Se，Br和Te）中的局部原子间距；
（b）由Rietveld精细化得到的Ti2CTn-MXene（T=S，Cl，Se，Br）的晶胞；
（c）Ti2CTn和Ti3C2Tn MXene的面内晶格常数a[相当于（a）中的Ti-Ti2距离]对表面基团（Tn）的化学性质的依赖性。
（d）理想的Ti2CTe-MXene的晶胞；
（E）表面基团诱导Ti3C2Tn-MXene晶格的双轴应变。
要点四：
作者发现表面基团决定了Nb2CTn-MXene中电子传输的性质。
图4a和b显示了在Nb2CTn（T=□，Cl，O，S，Se）MXene冷压球团上测得的与温度有关的四探针电阻率（ρ）。
图4a比较了母体Nb2AlC MAX相与Nb2CCl2 MXene的电导率。与Nb2CCl2 MXene相比，当样品冷却时，终止于硫系离子（O，S，Se）的MXene的电阻率逐渐增加（图4B），与活化的传输机制一致。
图4. Nb2CTn-MXene中的电子输运和超导电性。
（a）Nb2AlC MAX相和Nb2CCl2-MXene冷压球团的温度依赖性电阻率，插图为Nb2CCl2-MXene的磁化率随温度的变化；
（b）Nb2CTn-MXene冷压球团的温度依赖性电阻率，插图为Nb2CS2-MXene冷压球团在不同外加磁场（0～8T）下的电阻随温度变化的函数。
结论
传统观念认为固体很难进行后期合成修饰，而MXene交换反应代表了一个令人兴奋的反例。本文表明，扩展MXene堆内的化学键可以以更典型的分子化合物的方式合理设计。其他MXene结构可以通过分别使用Lewis酸性熔盐和Lewis碱性熔盐的刻蚀和取代反应来实现。
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iQOO Neo 7 SE 上手评测：首发天玑 8200，性能续航双向提升
首发天玑 8200 芯片、UFS 3.1、LPDDR5、120W 快充，从 iQOO Neo 7 SE 的硬件规格来看，iQOO 无疑将这部手机侧重点放在了性能输出上。虽然产品命名中带有 SE，但如果从配置出发，相信大家都不会小瞧这部手机。目前，IT之家已收到 iQOO Neo 7 SE ，关于这部手机的具体体验如何？一起来看！
一、外观设计
iQOO Neo 7 SE 包装盒延续 iQOO Neo 7 系列产品包装设计，正面印有 NEO 与 7 字样，全盒表面印有碳纤维纹理，盒子内衬为标志性的黄色。包装盒内除手机本体外，还有一根数据线以及一枚这个价位少见的 120W 快速充电器。
取下盒盖，便能看到手机本体，iQOO Neo 7 SE 共推出星际黑、电子蓝、银河三款配色，IT之家此次上手的为星际黑配色，后盖为磨砂材质，摸上去颗粒感较强，日常使用也能有效减少沾染指纹汗渍。
手机背部边缘部分经过收弧处理，方便手机握持时更加贴合掌心。
后置相机模组设计同样延续 iQOO Neo 7 系列的胶片云阶模组，该模组灵感来源于 35mm 胶片和拍立得相纸。镜头上半部分由玻璃覆盖，该区域下内置两枚镜头，分别是 6400 万像素 OIS 超感光主摄以及一枚景深镜头。三摄模组下半部分由金属材质组成，该区域内集成一枚 4cm 微距镜头及闪光灯，另外在闪光灯侧面印有 Neo 像素风格 Logo，该 Logo 灵感来源于复古游戏机和红白机上的复古元素。虽不显眼，但这枚 Logo 仍显得别具一格。
回到手机正面，iQOO Neo 7 SE 使用一块 6.78 英寸 2D 柔性大直屏，该屏幕支持 30/60/90/120Hz 四档刷新率调节，保留高刷流畅感同时，还能让手机尽可能做到省电。屏幕亮度方面，手动最大亮度 500nit，全局最高亮度 1000nit，并支持 HDR10+ 显示，局部峰值最高亮度可以来到 1300nit。
屏幕边框控制得很窄，接近四边等宽效果，只是下边框略宽一点，整体观感上和谐。前置 1600 万像素镜头采用居中挖孔方式，挖孔面积较小，即使全屏观看视频，挖孔区域也不会侵占太多显示面积。
除此之外，屏幕还针对游戏场景做出特殊优化，像是 1200Hz 瞬时触控采样率、10 倍触控分辨率等，实际效果会在后文游戏部分详细讲解。
外观细节方面，iQOO Neo 7 SE 电源键以及音量加减键均集中在机身右侧。
顶部是红外传感器以及麦克风。
底部有 SIM 卡槽、充电口和扬声器开孔，因为 iQOO Neo 7 SE 采用的是封闭式立体双扬声器，所以另一枚扬声器藏于顶部中框与屏幕的交界处，如果不是近距离查看手机，很容易忽略这枚扬声器的存在。
机身总重 193 克，属于“大而不重”的机型。
二、性能表现
iQOO Neo 7 SE 最大的性能亮点无疑是全球首发的天玑 8200。这枚处理器规格为 1 ×
3.1GHz A78 大核 + 3×3.0GHz A78 + 4×2.0GHz A55 能效核心，制程升级台积电 4nm 工艺，理论上性能提升的同时，CPU 功耗也会有一定程度降低。
iQOO Neo 7 SE 给出的配置选择非常丰富，其中有 8GB+128GB、8GB+256GB、12GB+256GB、12GB+512GB、16GB+256GB 五款配置，运存与内存的搭配也比较全面合理。运存规格选用 6400Mbps 增强版 LPDDR 5，内存规格为超频版 UFS 3.1。iQOO Neo 7 SE 支持内存融合 3.0，最高可实现 8 GB 运存拓展。
IT之家手上的 iQOO Neo 7 SE 是 12+512 GB 版本，让我们先来看看这部手机的跑分成绩。
首先是安兔兔，iQOO Neo 7 SE 总分突破 87 万分，其中 CPU 超过 21 万分，GPU 超过 33 万分，相对上代天玑 8100 有大幅提升。
GeekBench 5 性能测试中，iQOO Neo 7 SE 单核成绩 1047 分，多核 4000 分，多核成绩距离上代天玑旗舰处理器－天玑 9200 仅仅相差 400 分。
iQOO Neo 7 SE 的成绩，也能与部分搭载骁龙 8 + 处理器的机型保持持平，作为一款产品全称中带有 SE 字眼机型，却能在性能上和上代旗舰打得难舍难分，确实是有点出乎意料。
再来看看存储测试，增强版 UFS 3.1 加持下的 iQOO Neo 7 SE 在 Androbench 中取得了 1883.59 MB/s 的读取成绩，写入成绩也达到了 1765.47MB/s，相对标准版 UFS 3.1 的平均成绩，有一定领先优势。
在安兔兔存储测试中，iQOO Neo 7 SE 也得到了 86548 分。
接下来是 iQOO Neo 7 SE 的游戏表现，IT之家首先选择最高画质《原神》进行 30 分钟游戏实测。iQOO Neo 7 SE 在开启性能模式下，平均帧率为 58.7 FPS，从帧率检测图来看，只有在人物传送时，会产生帧率波动情况，在日常刷图打怪场景下，游戏帧率表现稳定，在游戏后期，也没有出现帧率整体下滑的情况。
作为首发的天玑 8200 机型，自然要看一下这枚芯片在高负载场景下的核心调度分析，以下是 iQOO Neo 7 SE 的整体核心图。
让我们拆开这张图细细分析，首先是四枚 A55 能效核心，在《原神》游戏中，这四枚核心一直在 0.46GHz-1.15GHz 间波动，整局游戏的表现都非常平稳，并没有放开输出。
四枚 A78 核心则步伐一致，将核心频率推至 2.3GHz。虽然其中的一枚 A78 大核拥有 3.1GHz 最高频率，但整局表现与其余三枚 A78 并无太大差异。
在这种相对保守的调教下，iQOO Neo 也带来了出色的功耗表现，30 分钟《原神》平均功耗约为 5.68W。
发热方面，30 分钟《原神》背面最高温度为 45.5°C，发热区域集中在摄像头右侧。
在《王者荣耀》游戏测试场景中，高画质 15 分钟游戏里，iQOO Neo 7 SE 平均帧率 118.8 FPS，平稳指数低至 0.4。
游戏结束后，机身最高温度为 43.5°C。
另外在游戏场景下，iQOO Neo 7 SE 还提供多种辅助功能，帮助玩家获得更好游戏体验，例如《王者荣耀》可开启 4D 震感，增加每一次技能释放的打击感。兵线、闪现等技能手动记录功能，则帮助玩家在对线过程中，更好地了解局势动态。
在《和平精英》《穿越火线》等 FPS 对局游戏中，则可使用鹰眼显示增强功能，在开启这项功能后，可以有效提升画面饱和度，从而帮助玩家看到躲在暗处的敌人。
三、充电与续航
iQOO Neo 7 SE 虽然是中端机型，但依然支持 120W 功率的 FlashCharge 超快闪充功能。经过IT之家实际测试，在设置中开启“默认超快充电模式”后，10 分钟时间为手机充入 55% 电量，从 1% 到充满共耗时 22 分钟。
如果你在使用手机过程中更在意电池寿命，也可将“默认超级充电模式”关闭，在关闭这项功能后，手机 10 分钟时间充入 42% 的电量，同样也是一个非常强悍的成绩。
手机续航方面，半小时《王者荣耀》手机耗电 8%，半小时《原神》耗电 15%，两小时哔哩哔哩视频播放耗电 7%，一小时微博、小红书浏览耗电 6%，在四小时的高强度使用的续航测试中，手机共耗电 36%。
四、后置影像
在后置影像硬件规格方面，iQOO Neo 7 SE 采用三摄配置，其中主摄为 6400 万像素的 OIS 超感光镜头，以下是 iQOO Neo 7 SE 主摄实拍样张。
从 iQOO Neo 7 SE 样张来看，这部手机解决了入门机型画面饱和度过高问题，所拍的颜色并不会通过提高饱和度来讨好画面观感，不娇不艳。这种调教方式也恰到好处地拍出了青岛这几天的雾霾天气，借助 6400 万像素的硬件素质，所拍样张的画面细节也非常好，即使经过数倍放大，也能清晰地看到画面中的细节。
五 、总结
虽名为 SE，但经过笔者与 iQOO Neo 7 SE 相处的这段时间来看，这部手机的表现完全超出 SE 的预期，无论是首发的天玑 8200，还是功率拉满的 120W 快充，这部手机在性能方面的表现，打破了我起初对它的质疑。高画质《原神》畅玩、半小时满电体验，iQOO Neo 7 SE 都可从容应对 。
总而言之，iQOO Neo 7 SE 定位清晰，核心优势明显。尤其是在性能方面，天玑 8200 的加入，为这台手机带来极佳的操作流畅感与优秀的游戏体验，如果你享受高性能带来的流畅感，那 iQOO Neo 7 SE 的表现一定不会让你失望。
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