2D molybdenum and vanadium nitrides synthesized by ammoniation of 2D transition metal carbides (MXenes)

氮化物 材料科学 MXenes公司 碳化钒 过渡金属 碳化物 无机化学 冶金 化学 纳米技术 催化作用 生物化学 图层(电子)
作者
Patrick Urbankowski,Babak Anasori,Kanit Hantanasirisakul,Long Yang,Lihua Zhang,Bernard A. Haines,Steven J. May,Simon J. L. Billinge,Yury Gogotsi
出处
期刊:Nanoscale [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:9 (45): 17722-17730 被引量:362
标识
DOI:10.1039/c7nr06721f
摘要

MXenes are a rapidly growing class of 2D transition metal carbides and nitrides, finding applications in fields ranging from energy storage to electromagnetic interference shielding and transparent conductive coatings. However, while more than 20 carbide MXenes have already been synthesized, Ti4N3 and Ti2N are the only nitride MXenes reported so far. Here by ammoniation of Mo2CTx and V2CTx MXenes at 600 °C, we report on their transformation to 2D metal nitrides. Carbon atoms in the precursor MXenes are replaced with N atoms, resulting from the decomposition of ammonia molecules. The crystal structures of the resulting Mo2N and V2N were determined with transmission electron microscopy and X-ray pair distribution function analysis. Our results indicate that Mo2N retains the MXene structure and V2C transforms to a mixed layered structure of trigonal V2N and cubic VN. Temperature-dependent resistivity measurements of the nitrides reveal that they exhibit metallic conductivity, as opposed to semiconductor-like behavior of their parent carbides. As important, room-temperature electrical conductivity values of Mo2N and V2N are three and one order of magnitude larger than those of the Mo2CTx and V2CTx precursors, respectively. This study shows how gas treatment synthesis such as ammoniation can transform carbide MXenes into 2D nitrides with higher electrical conductivities and metallic behavior, opening a new avenue in 2D materials synthesis.
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