二维MXene材料经过十年的研究发展，在储能、催化、屏蔽等多个领域有着广泛应用。第三届MXene国际研讨会指出，更加绿色、安全、高效的制备方法是亟待解决的关键问题之一。此前，路易斯酸盐刻蚀法的提出实现了二维MXene材料的安全、普适性制备。在此基础上，四川大学刘颖教授、林紫锋研究员以及法国图卢兹第三大学Patrice Simon教授合作报道了二维MXene材料的一锅法制备策略，首次实现了以元素单质粉为前驱体直接制备二维MXene材料。

图1.空气气氛一锅法制备MXene材料思路

本研究将熔融盐法制备MAX与熔融盐路易斯酸刻蚀制备二维MXene思路相结合，以元素单质粉为原材料（step 1），采用熔融盐在高温中原位制备MAX相（step 2）后降温至700摄氏度加入路易斯酸盐原位刻蚀制备二维MXene材料（step 3），刻蚀保温时长仅为10分钟便可达到较好刻蚀效果。全制备流程时长低于8小时，包括加热及降温过程，远低于以往MXene制备策略——仅刻蚀步骤便需数十小时甚至数天。且本制备过程利用了低熔点共晶盐融化将反应物与空气隔绝，从而无需惰性气体保护，大大简化制备条件。同步辐射XRD证明MXene的成功制备及多层堆叠结构，扫描电镜显示制备二维MXene为多层微米颗粒，颗粒呈现明显类手风琴状。

综上，本研究提出一锅法制备策略可实现单质粉制备二维MXene材料，大大降低制备成本；极大缩短制备时间，提高制备效率；无需惰性气体保护，降低制备成简化制备条件。

图2.Ti3C2Tx同步辐射XRD及微观结构分析

将所制备Ti2CTx和Ti3C2Tx MXene材料作为电化学储锂负极研究表明，制得MXene电极与前期路易斯酸法制备MXene具有较为相似电化学行为，不存在显著氧化还原峰，且表现出良好的倍率性能，具有赝电容行为特性，其中Ti2CTx MXene可获最高280 mAh/g比容量，有望作为高功率储锂负极材料。

图3.MXene材料电化学储锂性能

这一成果近期发表在Nature Communications上，文章共同第一作者为四川大学硕士研究生马国良和法国图卢兹第三大学博士后邵辉，共同通讯作者为四川大学刘颖教授、林紫锋研究员和法国图卢兹第三大学Patrice Simon教授，合作作者有中科院宁波材料所黄庆研究员及东莞理工学院徐进博士。该工作得到国家自然科学基金委、四川省科技厅重大专项和中央高校基本科研业务费支持。

Mxene：一种新型的非线性光学二维材料

二维材料具有各种与体材料不同的新颖的物理化学特性，并且完美地符合人们日益增加的对于小型化、集成化、高效率、多功能器件的需求。其中，二维非线性光学材料是未来非线性光子学、等离子激元、光-电/磁/声相互调控等纳米器件不可或缺的重要基元，因而近来受到光学、材料、通讯以及医疗等领域研究人员的广泛关注。作为开创性的二维材料，石墨烯（Graphene）以及与之相关的碳基材料，如碳纳米管、富勒烯等首先进入了人们的视野，并取得了众多耀眼的成就。然而，由于石墨烯本征的零带隙结构，在一定程度上限制了在光电子领域的应用。研究人员逐渐将目标拓展到其他二维材料，如黑磷、过渡金属二硫化物（TMDCs）、拓扑绝缘体等新型二维材料，并且也获得许多令人兴奋的成果。尽管如此，这些材料的制备技术尚不成熟，人们对材料的性能缺乏深入系统的研究，加上新材料不断涌现，哪种材料将在未来统领新型二维非线性光学材料仍然是一个开放性的命题。

近日，深圳大学的张晗教授团队利用化学刻蚀的方法，成功制备了“风琴状”二维层状MXene材料Ti3C2Tx，并系统研究了其宽带三阶非线性光学性能，进一步将其应用到全光纤锁模激光器上，在光纤通讯波段实现了159 fs的超短脉冲输出。MXene具体是指一类具有Mn+1XnTx构成的材料体系，其中M表示前过渡金属，X表示C或者N，T指代二维材料表面的修饰体，n通常取值为1-3。基于该体系的化学丰富性，已报道的MXene材料超过70种。MXene材料本身自带表面修饰体，赋予其优良的有机相容性和生物相容性。金属元素和C/N元素的组合也赋予MXene材料良好的电学性能。值得注意的是，该良好的电学性能并没有影响MXene优异的光学性能。MXene的线性吸收度在1%/nm左右，远远低于石墨烯的2.3%/单层(每单层石墨烯的厚度为~1nm)。此外，MXene材料的制备方法也趋于成熟化和工业化。目前，市面上已有多家公司可以提供工业级的MXene材料，包括MXene的发现者乌克兰公司的Y.Gogotsi。然而，在该工作系统探索MXene的非线性光学性能之前，鲜有相关报道。

考虑到MXene家族丰富的材料体系和优异的光电性能，特别是宽带非线性光学响应特性，这一成果为二维材料和纳米光电研究领域的研究人员发掘出丰富待开发的材料宝库。相关结果以正封面论文的形式发表于Laser&Photonics Reviews。第一作者为深圳大学光电学院的蒋先涛和刘顺祥。