nand pdf MXenes再发顶刊Science讲述MXenes的共价表面改性与超导电性-快讯-上海羊羽卓进出口贸易有限公司

nand pdf MXenes再发顶刊Science讲述MXenes的共价表面改性与超导电性

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

访问数量 : 23

扫码分享至微信

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。

关注科研动态回复MXene获取原文

「西非漫谈」利比里亚的医疗保健系统

来源：环球网

（作者：电子科技大学西非研究中心团队，执笔人：Bruce Emmanuel （电子科技大学公共管理学院、西非研究中心助理），译者：张海琳（公共管理学院）【西非漫谈】2021年第 二十 期，总第四十 五期。整理：孟雅琪，供稿：赵蜀蓉)

1 .引言

改善健康系统是每个国家为人民提供良好健康服务的关键。通过服务提供、资源生成、融资和管理实现有效的医疗保健提供功能（世卫组织，2002年）。一个国家有效和高质量的卫生系统在人民生活中发挥着重要作用。利比里亚医疗系统面临各种系统性挑战。利比里亚的医疗保健系统缺乏基础设施、充足的工作人员、先进的医疗仪器、数据处理技术以及财政和保险等资源。这些挑战影响了利比里亚医疗服务的质量。在这方面，非洲领导人在全球卫生界的支持下，发起、制定和实施了有效和高质量的医疗服务政策和计划。此外，政府还拨款支持医疗服务和改善基础设施。

（图片来源：Source: https://frontpageafricaonline.com）

2 .利比里亚的健康系统

利比里亚的健康和社会福利部门(MoHSW)已经意识到需要增加投资用以建立可持续的健康系统并且克服相关挑战。这个部门已经设立了融资体系、监测、评估政策、项目和战略去提升利比里亚健康部门的计划能力。在2014-2015年，埃博拉病毒的爆发影响利比里亚全国的经济，健康部门也不例外。这次埃博拉病毒的爆发改变了利比里亚的健康部门以及国家层面实施的用于遏制和控制病毒的健康政策、计划和战略。此外，国际捐助者通过资金支持、设备、医疗人员等帮助利比里亚政府控制病毒并支持当地的卫生组织(Wendelboe et al., 2018; Kodish et al. 2019; Simen-Kapeu et al., 2021)。同时，利比里亚的医疗保健系统面临着各种挑战，如缺乏适当的合格工作人员、基础设施不足和监督能力有限(Vapattanawong et al., 2007)。因此，政府围绕基本一揽子卫生服务（BPHS）开展了重建工作。基本一揽子卫生服务(BPHS)旨在确保该国卫生服务的公平分配。此外，政府为了应对传染病和疫情，BPHS计划将重建卫生设施并配备工作人员，招募和培训社区卫生志愿者（CHV），并委托提供优质卫生保健服务。在2011年，利比里亚政府升级了一揽子健康服务并致力于包括儿童健康综合项目的必要一揽子健康服务(EPHS)。

3.健康政策和系 统

为了回应健康服务提供面临的挑战，利比里亚政府参与了社区健康系统。利比里亚的社区健康项目发展进程开始于2007年埃博拉病毒爆发之前。这个项目首先通过融合社区案例管理(iCCM)。这样做是为了检测利比里亚社区卫生方案的有效实施情况。研究发现，社区案例管理(iCCM)可以帮助普通社区卫生志愿者获得足够的监督和供应(Pfaffmann Zambruni et al., 2017)。然而，社区计划的实施存在一些局限性，包括数据管理不善、缺乏监督和激励、社区参与有限以及药品缺货。在实施社区卫生项目开发过程中，本文概述了以下内容：领导和治理、培训和激励。

管理层和当局认识到社区卫生政策对于有效实施卫生计划的重要性。领导层发现，在埃博拉疫情期间，社区通过信息共享、教育活动、宣传以及财政支持发挥了重要作用。此外，社区通过合同追踪和其他方式影响利比里亚的社区卫生政策。此外，针对社区志愿者这一岗位为社区志愿者提供标准化培训。利比里亚健康部门(MOH)与利比里亚国家公共卫生研究所（NPHIL）合并，以帮助降低流行病风险，改善所有公民获得安全优质卫生服务的机会。健康部门和利比里亚国家公共卫生研究所的协作旨在改善利比里亚健康系统的三个主要领域：在实验室方面，提高实验室能力，提供有质量保证的实验室诊断，以控制潜在疫情或大流行；在疾病监测和应对方面，改善疾病报告系统；在人力资源开发方面，开展卫生保健工作者的培训。

3 .1 来自美国的支持

埃博拉病毒爆发后，美国为利比里亚健康系统的恢复和重建提供了支持。美国国际开发署(USAID)通过美国政府参与利比里亚健康部门的重建。在2009年，利比里亚22%的健康预算来自美国的捐助。美国国际开发署援助的主要领域包括家庭计划、生育健康、儿童健康、艾滋病和疟疾。

此外，美国国际开发署（USAID）资助的重建基本卫生服务（RBHS）相当于6200万美元，并与该非政府组织共同赞助了一个为期四年的项目，为利比里亚的政府诊所提供卫生服务。美国国际开发署发起的固定金额偿还协议（FARA）旨在通过利比里亚中央银行向利比里亚人提供资金渠道。

3 .2电子健康管理系统

由于技术的流入，在得到健康管理系统的通信技术支持以后，利比里亚的医疗保健系统，包括传统治疗和现代治疗都得到了很大的改善。在这方面，利比里亚政府强调将信息技术融合到该国的医疗服务系统中。政府通过信息和通信技术部和其他利益攸关方向市政、地方和更广泛的区域网络投入了巨额资金。利比里亚政府为成功实施电子健康管理信息系统提供了全面的指导政策方向，其目的是在全国范围内处理、存储、共享和管理准确的全面健康统计数据，以便有效提供保健服务。利比里亚卫生部门在实施电子保健管理系统方面取得了重大进展。检测患者的反应、有效监测、委托卫生工作者进行培训和发展、向利比里亚城乡地区提供优质医疗服务、教育和宣传，有效的电子物流管理信息系统是成功实施电子健康管理信息所带来的一些好处(Amara, 2020)。

此外，Amara（2020年）的一项研究表明，公共和私人机构的电子医疗记录、健康保险信息系统和自动化药物使用系统可用于加强电子健康和利比里亚医疗服务提供系统。

（图片来源：https://www.giz.de/en/worldwide/100169.html）

4 .利比里亚应对新冠疫情的举措

为了防止新冠疫情的传播，利比里亚政府于2020年4月8日宣布全国封锁。在该国的确诊病例达到200多以后，利比里亚关闭边境，禁止入境和出境。此外，政府与联合国和其他捐助伙伴、卫生部和利比里亚国家公共卫生研究所（NPHIL）合作，制定了一项措施，称为应对新冠疫情的国家多部门应对计划（NMRP）。在新冠疫情期间，国际货币基金组织(IMF)于4月13日减免了利比里亚的债务，以支持利比里亚对抗新冠疫情。

此外，利比里亚还向公共服务部门的非必要雇员发放补助假。利比里亚政府向人民提供免费的电力和水供应。利比里亚工会提高了工人对卫生部各种预防措施的认识，并对他们进行教育，帮助向社区分发食品，支持卫生部和政府执行对抗新冠疫情计划的其他行动。

（图片来源：http://www.ituc-africa.org/COVID-19-Response-from-Liberia.html）

总之，新冠疫情暴露了利比里亚经济和社会结构的弱点。利比里亚政府已采取控制措施，尽量减少病毒在该国的传播。因此，公民必须遵守政府的所有措施和议定书。

References ：

[1] African Region Organization of the International Trade Union Confederation, ITUC-AFRICA. Accessed at http://www.ituc-africa.org/COVID-19-Response-from-Liberia.html

[2] Amara Q. M. (2020). A Critical Look at the Importance of E-Health Management System In Building A Resilient Healthcare System In Liberia. Accessed at https://frontpageafricaonline.com/opinion/commentary/a-critical-look-at-the-importance-of-e-health-management-system-in-building-a-resilient-healthcare-system-in-liberia/ Nov 12, 2021.

[3] Downie R (2012). The Road to Recovery, Rebuilding Liberia’s Health System, Centre for Strategic and International Studies (CSIS). Accessed at file:///C:/Users/PC/Downloads/120822_Downie_RoadtoRecovery_web.pdf

[4] Kodish, S. R., Simen-Kapeu, A., Beauliere, J. M., Ngnie-Teta, I., Jalloh, M. B., Pyne-Bailey, S., Schwartz, H., & Wirth, J. P. (2019). Consensus building around nutrition lessons from the 2014–16 Ebola virus disease outbreak in Guinea and Sierra Leone. Health Policy and Planning, 34(2), 83–91. https://doi.org/10.1093/heapol/czy108

[5] Liberian Ministry of Health and Social Welfare. National Health Policy/National Health Plan. Monrovia, Liberia: 2007.

[6] Liberia Ministry of Health and Social Welfare. Community Health Roadmap 2014–2017. Monrovia, Liberia: 2014. Available online at: http://pdf.usaid.gov/pdf_docs/PA00KBFN.pdf.Accessed Nov 11, 2021.

[7] Liberia Ministry of Health and Social Welfare. Essential Package of Health Services. Monrovia, Liberia: 2011. Available online at: http://apps.who.int/medicinedocs/documents/s19808en/s19808en.pdf.Accessed Nov 11, 2021.

[8] Ministry of Health and Social Welfare (2017). National Health Policy, Government of Liberia.

[9] Pfaffmann Zambruni F, Rasanathan K, Hipgrave D, Miller NP, Momanyi M, & Pearson L. Community health systems: allowing community health workers to emerge from the shadows. Lancet Glob Health. 2017;5:e866-7.

[10] Simen-Kapeu, A., Lewycka, S., Ibe, O., Yeakpalah, A., Horace, J. M., Ehounou, G., Boima, T., & Wesseh, C. S. (2021). Strengthening the community health program in Liberia: Lessons learned from a health system approach to inform program design and better prepare for future shocks. Journal of Global Health, 11. https://doi.org/10.7189/jogh.11.07002

[11] Vapattanawong, P., Hogan, M. C., Hanvoravongchai, P., Gakidou, E., Vos, T., Lopez, A. D., & Lim, S. S. (2007). Reductions in child mortality levels and inequalities in Thailand: analysis of two censuses. The Lancet, 369(9564), 850–855. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(07)60413-9

[12] Wendelboe, A. M., McCumber, M., Erb-Alvarez, J., Mould, N., Childs, R. W., & Regens, J. L. (2018). Managing emerging transnational public health security threats: lessons learned from the 2014 West African Ebola outbreak. Globalization and Health, 14(1). https://doi.org/10.1186/s12992-018-0396-z

[13] World Health Organization (2003). The World Health Report, WHO, Geneva.

World Health Organization (2002). Health, Economic Growth, and Poverty Reduction. The Report of Working Group I of the Commission on Macroeconomics and Health - Executive Summary. WHO, Geneva.

[14] World Health Organization (2010). Monitoring the building blocks of health systems: a handbook of indicators and their measurement strategies. Geneva: WHO; 2010.

[15] World Health Organization (2012). The Report of a Multi-Country Study. Health Systems in Africa Community Perceptions and Perspectives, Accessed at https://www.afro.who.int/sites/default/files/2017-06/english---health_systems_in_africa---2012.pdf

MXenes再发顶刊Science讲述MXenes的共价表面改性与超导电性

「西非漫谈」利比里亚的医疗保健系统

关于我们

产品中心

服务与支持