自单层2D过渡金属碳化物和氮化物（MXenes）问世以来在2011年，不同单层系统的数量以及对它的研究在持续增长。Mo₂Ti₂C₃是研究最少的一种MXene，关于这种材料的新见解对该领域具有价值。在此，我们研究了Mo₂Ti₂C₃在电子辐照下的稳定性。透射电子显微镜被用于原位地研究结构和元素变化。我们发现Mo₂Ti₂C₃在前2分钟的照射过程当中足够稳定。然而，此后结构发生变化，从而引发越来越迅速和显著的结构重整。这导致了孔隙形成，并产生两种新的纳米材料，即N掺杂石墨烯膜和钼纳米带。该研究为单层Mo₂Ti₂C₃的抗电子辐射稳定性提供了新的见解。此外，对于电子束驱动的化学及纳米材料工程这一快速发展的领域，以上发现将促进该领域中的后续研究。
 
 
Figure 1. A）Mo₂Ti₂C₃薄片的尺寸通常在横向上为几微米。插图为α的区域处的选区电子衍射图（SAED）。 B）Mo₂Ti₂C₃薄片的HRTEM图像。插图中显示了晶格的放大区域。 C）电子束辐照下的单层Mo₂Ti₂C₃的球棍模型示意图（顶部为3D结构，底部为侧视图）。经过长时间电子束照射后所得两种新结构的HRTEM照片：D）N掺杂的石墨烯膜E）钼纳米带。
 

Figure 2. 单层Mo₂Ti₂C₃在经过不同时长的电子束照射（加速电压为300 kV）后所形成的N掺杂石墨烯膜及孔隙结构的HRTEM照片：A）300 s，B）358 s，C）361, D）375秒。 黄色箭头表示孔隙，白色箭头表示N掺杂的石墨烯纳米带，蓝色阴影表示N掺杂的石墨烯薄膜或纳米带。
 

Figure 3. 显微镜图像和EELS光谱显示了N掺杂石墨烯膜形成过程中结构和元素组成的变化。A，C，E）长时间电子辐照期间Mo₂Ti₂C₃结构变化，最终产生N掺杂的石墨烯膜。B，D，F）每个显微镜图像所对应的的EELS光谱显示了结构改变的过程中发生的元素变化变化。绿色阴影圆圈表示收集EELS信号的大致区域。
 

Figure 4. 电子辐照下N掺杂石墨烯膜的动态结构变化 A–D）掺氮石墨烯薄膜的显微图像，展示了在电子辐照后呈现的结构变化。可以看到（A'–D'）包含有N掺杂石墨烯膜的区域的FFT滤波图像，显示出由五边形、六边形和七边形组成的缺陷结构（7×7 nm²）。A” –D”）基于球棍模型的模拟图，证实了N掺杂的石墨烯膜在电子辐射下发生了结构变化。
 

Figure 5. 高倍显微镜图像显示单层在经过长时间电子束辐照后Mo₂Ti₂C₃形成了
Mo纳米带，照射时间：A）0 s，B）247 s，C）312 s，D）324 s。 白色箭头表示Mo纳米带。 红色箭头表示N掺杂的石墨烯膜。
 
 
Figure 6. Mo纳米带的结构发生变化，并在电子束辐照下最终塌陷。A–E）按时间顺序排列的FFT滤波图像，其中黄色箭头指示的Mo（110）晶向与红色箭头指示的到无定形区域相连。F）快速获取的Mo纳米带的HAADF图像。图G）为图F）所展示区域的EELS谱图，确认其包含Mo元素。
 
 
Figure 7. 电子辐照下Mo纳米带的动态变化 A）Mo纳米带的快照。中央较薄的区域连接了两侧，其结构不稳定，在最终破裂之前发生了多次变化。B，C）不同的晶粒取向。D–F）Mo纳米带不同区域的晶面间距。
 
       本研究于2020年由苏州大学的 Mark Hermann Rümmeli课题组发表于Small （DOI: 10.1002/smll.201907115）
原文：In Situ N-Doped Graphene and Mo Nanoribbon Formation from Mo2Ti2C3 MXene Monolayers。