综述：MXene表面终止基团研究综述

这篇综述系统探讨了MXene表面终止基团（如─O、─F、─OH等）的合成调控、位点偏好性及稳定性机制，重点阐述了终止基团对MXene电子结构（如功函数调控）、机械性能（如弹性模量）和能源应用（如Li+吸附）的决定性作用，为设计高性能MXene基功能材料提供了理论框架。

　　

MXene表面终止基团的化学调控与功能应用

Abstract

MXene作为新兴二维材料家族，其表面终止基团（T_z）的化学特性直接决定了材料性能。本文综述了从MAX相到MXene的转化过程中终止基团的生成机制，揭示了─F、─O、─OH等基团通过配位键与过渡金属（M）的强相互作用，以及其对MXene稳定性、层间距和电子态的调控规律。

1 Introduction

MXene的独特性质源于其表面暴露的高活性M原子与环境中阴离子的自发结合。通过HF蚀刻法获得的Ti₃C₂T_z通常具有混合终止基团，而熔融盐蚀刻可制备单一终止的MXene（如Ti₃C₂Cl₂）。终止基团的电负性差异导致功函数显著变化：─OH终止使功函数降至1.6-2.8 eV，而─O终止可升至6.7 eV。

2 Termination Tailoring through MXene Synthesis

2.1 多层剥离与终止基团

─OH终止的MXene剥离能（0.25 J/m²）低于─O终止（0.35 J/m²），DMSO插层可扩大Ti₃C₂(OH)₂层间距至12.5 ?，促进单层制备。TBAOH插层剂可选择性置换─F为─OH，提升亲水性。

2.2 终止基团位点偏好

第一性原理计算表明，FCC位点是─O的最稳定吸附位（Sc₂CO₂形成能-7.2 eV），而Nb₄C₃F₂偏好HCP位点。原位STEM证实500°C下─O在Ti₃C₂表面有序排列，而ARPES显示混合终止时─O占据桥位。

3 Terminations and Properties

3.1 电磁性能调控

─O终止使Ti₂CT₂带隙达0.24 eV，而─F终止的Hf₂CF₂保持金属性。表面等离子体共振（SPR）能量在─F去除后升高，Ti₃C₂O_z薄膜在8 GHz频段屏蔽效能达50 dB。

4 MXene Applications

4.3 水净化

Ti₃C₂(OH)₂对HCrO₄^-的吸附能（-6.42 eV）远超─O终止，而─O终止的Ti₃C₂O_z对Hg²⁺的选择性吸附效率达99.6%。

5 Summary

通过终止基团工程可精准调控MXene的界面特性，如─S终止提升Na⁺存储容量（理论值526 mAh/g），而─NH₂修饰增强生物传感器灵敏度。未来需发展原位表征技术解析终止基团动态行为。