钛元素和MXene

副族指的是III B族到II B族的各族元素。其中钛位于IV B副族。在元素周期表中，从上到下依次是钛Ti、锆Zr、铪Hf和钅卢Rf。其中Rf是人工合成的放射性元素，本文不予介绍。
Ti在地壳中质量分数为0.56%，位列第10。自然界有钛铁矿、金红石、钒钛铁矿、钙钛矿和榍石灯。Zr主要有锆英石等。

钛族元素原子的价电子层结构为，常见的氧化钛为IV，此时内层轨道电子全空。此外，钛还可以表现为 +3 的氧化态。

钛失去四个电子所形成的氧化物大多数是共价型。不过通常认为是离子型。

二氧化钛和钛酸盐

二氧化钛在常温下是白色，加热后变成浅黄色。二氧化钛是带隙宽度为 3 eV 的半导体，需要 400 nm 以下的紫外光才可以激发。二氧化钛不溶于水和稀酸，微溶于碱，属于两性氧化物。

钛酸盐有钛酸根离子，例如，具有“压电效应”等物理性质。（一眼丁真，鉴定为：不如钙钛矿）

钛的卤化物

四氟化钛、四氯化钛、四溴化钛、四碘化钛的熔点分别为284℃、-25℃、39℃、150℃。四氟化钛是离子化合物，所以熔点高。四氯化钛常温下是无色液体，易挥发，具有刺激性气味。

钛除了+4的氧化态之外，还有+3的氧化态。+3的钛因为电子构型而具有颜色，一般是紫色。

氮化钛和碳化钛

TiN 和 TiC 都是简单立方晶体结构，TiN 有离子键倾向。

• 满足化学计量比，例如
• 不满足化学计量比，例如 MXene 中的。

TiN 为面心立方晶体结构，由金属键、共价键和离子键混合而成，同时具有金属晶体和共价晶体的特性。其熔点高达 2955℃，属于原子晶体的范畴。TiN 在 660℃ 以上的温度中才会被明显氧化。

MAX 相

MAX 相相属于六方晶系，通式为，其中

• M 代表过渡元素，例如 Ti、Cr、V、Mo 等；
• A 代表第III、第IV主族元素，例如Al、Ga、Si、Sn、In 等；
• Ｘ 代表 Ｃ 或 Ｎ 元素；

MAX 相综合了陶瓷材料和金属材料的许多优点，包括低密度、高模量、良好的导电/导热性能、抗热震性、抗损伤容限性以及优良的抗高温氧化性能等。

MXene

在 MAX 相的基础上刻蚀去除 A 元素，可以得到通式为的材料，这种二维材料的结构与石墨烯（Graphene）相似，故而被称为 MXene。

• M 代表过渡元素，例如 Ti、Cr、V、Mo 等；
• Ｘ 代表 Ｃ 或 Ｎ 元素；
• 而代表表面终端，例如 OH、O 和/或 F 官能团。

MXene的分类如下图所示

MXene 的分类

Anasori B , Luhatskaya M R , Gogotsi Y . 2D metal carbides and nitrides (MXenes) for energy storage[J]. Nature Reviews Materials, 2017, 2(10app.):16098.

是最典型的 MXene 材料。

研究结果表明，Ti3C2 在 DMSO、DMF、NMP、PC、乙醇和 H2O 中都能形成稳定分散溶胶（图 1-6）。进一步对各种溶剂的性质进行总结分析，发现 Ti3C2在各种溶剂中的分散性能强烈依赖于溶剂的表面张力，Ti3C2能够在表面张力大于 40 mN/m 的溶剂中形成稳定溶胶。

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