维也纳技术大学（TU Wien）的科学家团队与 CEST 和 AC2T 的合作伙伴共同研发出一种更安全、更实用的方法来生产 MXene（一种主要由钛和碳构成的二维材料）。他们的新方法避免使用危险化学品，可以使大规模 MXene 生产变得更加容易。
MXene 由厚度仅为一个原子的层构成。由于这种结构，它们的行为与由相同元素构成的较厚材料不同。MXene 正被研究用于电池、传感器、电磁屏蔽以及用作固体润滑剂，甚至在太空中也能发挥作用。由于所有这些有用的特性，MXene 也被称为“神奇材料”。
“要生产 MXene，首先需要所谓的 MAX 相。这些材料可以由例如铝、钛和碳的层组成，”维也纳工业大学工程设计与产品开发研究所的 Pierluigi Bilotto 说道。“到目前为止，人们使用氢氟酸蚀刻 MAX 中的铝，从而形成一个原子级薄层系统，这些层可以相互滑动，阻力很小。这使得这些 MXene 成为一种极好的润滑剂。”
然而，氢氟酸毒性极高，处理起来非常危险。它还会产生难以处理的废弃物。“这就是为什么MXenes尚未在工业上取得重大突破的原因，”比洛托说。“在工业规模上建立这样的工艺非常困难，许多公司也因此不愿迈出这一步，这是可以理解的。”
为了解决这个问题，该团队开发了一种不同的方法，利用电力和一种更安全的化学混合物——具体来说是四氟硼酸钠和盐酸（NaBF₄/HCl）。他们没有使用稳定的电流，而是使用了短促的电压脉冲（阴极脉冲）。这些脉冲会产生微小的氢气泡，使材料表面保持活性，从而帮助更有效、更持续地去除铝层。
“电化学提供了一种打破MAX相中铝键的替代方法，”Bilotto解释说。“当施加电压时，MAX相会产生电流，从而引发其界面处的反应。通过精确选择电压，我们能够调整反应，只去除铝原子，最终得到电化学MXenes（EC-MXenes）。”
利用这种方法，该团队在单轮制备中实现了高达 60% 的 EC-MXene 产率，且无任何不良副产物。研究人员使用不同的化学分析工具对材料进行了检查，例如使用 SEM/EDX 进行化学映射，使用 XPS 和 LEIS 进行表面结构分析，以及使用 AFM、TEM、拉曼和 XRD 进行尺寸、间距和其他物理特性分析。
研究人员表示，脉冲电法不仅提高了产量，还能通过在整个过程中保持表面清洁和活性来提高质量。“我的目标是让MXene的合成变得极其简单。这应该可以在任何厨房里实现，”比洛托说。“我们已经非常接近这个目标了。”