如图2.2所示，MAX相是六方层状结构，由M6X层和A原子层交替排列组成。211、312、413相的主要区别在于晶体中每两层A原子层M原子个数。如下图所示，在Ti2SC,Ti3SiC2和Ta4AlC3晶体结构中，每两层A原子层之间M的个数分别为2、3和4个，这种特殊的原子排列方式使MAX相具备了层状结构的特点。

一般来说，MAX相的化学性质比较稳定，但是A原子层更容易发生化学反应，因为与M-X键合相比，A的键合相对较弱。通过将筛选后的MAX相粉末浸入HF酸10小时左右，MAX相中A原子层的移除导致了MX二维材料的产生。因其与石墨烯结构类似，故又称为类石墨烯材料。

本实验从MAX相Ti2AlC出发，同样采用HF酸浸蚀的方法得到Ti2C二维层状材料。本实验的检测结果也证明了MXene材料的确为纳米尺度的二维层状材料。

                图2.3  MAX相结构示意图

     2011 年以来，美国Drexel 大学的MW Barsoum 等学者采用将三元层状MAX 相陶瓷材料在HF 溶液中浸蚀除去“A”层的方法制备了多种具有类石墨烯结构的金属碳化物准二维纳米材料，并称其为“MXene” [7,8]。可以看出，将Al 原子层浸蚀除去后，就可获得自由态Ti2C 准二维纳米结构，其特征是两层钛原子中间夹一层碳原子。MXene 类石墨烯材料的问世极大地丰富了二维纳米材料的种类。与其它类石墨烯材料相比，MXene 材料更易于制备，且其化学组成更加多样，因而其发展和应用前景受到人们的关注。

     图3.1为Ti2AlC的原子结构示意图。如图所示，Ti2AlC为三元层状结构，黄色原子为C，紫色原子为Al，蓝色原子为Ti，图3.2为Ti2AlC经HF酸浸蚀后所得Ti2C的原子结构，与图3.1对比可知，经HF酸浸蚀后，处于六方结构中间位置的Al原子层消失，由原来的三维层状变成许多片层堆积的二维材料。从两图亦可看出，反应后，六方结构不变。这与对Ti2C的电子衍射花样结果吻合。

图3.1  Ti2AlC原子结构示意图               图3.2  Ti2C原子结构示意图

1.3  二维材料的研究现状

1.3.1 二维材料的制备工艺

1.3.2  二维材料的性能及利用前景

1.3.2.1  二维层状材料的性能

1.3.2.2  二维层状材料的利用前景

1.4 实验的研究意义与内容

本实验以三元层状陶瓷Ti2AlC为研究对象，通过相关处理，获得高纯度的二维层状材料Ti2C，并通过XRD、SEM、XPS等方式对其进行表征。由于Ti2C 所具有的二维平面纳米结构特性、比表面积大且具有催化作用的Ti 原子均位于材料表面的特点，以及Ti 及其化合物对配位氢化物储氢性能具有催化改性作用的实验现象，值得科学家们开展进一步的研究；

1.4.1 实验目标

 本实验旨在通过XRD、SEM、XPS等方式对所得Ti2C进行表征，证明由三元层状陶瓷Ti2AlC经HF酸腐蚀再经其它处理后，可以获得高纯度的Ti2C二维材料。通过本毕业设计，全面认识类石墨烯结构二元碳化物并了解其研究进展，初步掌握的制备与表征基本知识；从三元层状碳化物Ti2AlC出发，通过采取一定的技术手段将其中的Al金属层去除，从而获得Ti2C；并对其显微结构进行表征分析。

1.4.2 实验内容

（a）首先制备Ti2AlC 粉体：

按确定的化学计量比将Ti 粉、Al 粉、 C 粉进行混料（Al 粉有一定的过量），并球磨一段时间；然后将其置于管式炉中，在一定流量的Ar 气氛下，以10 ℃/min升温速率加热到1400度左右保温1-2 小时；随炉冷却至室温，将高温煅烧产物机械研磨成粉状，即得到Ti2AlC 粉体；经测试分析，按优化工艺制备的Ti2AlC 粉体的纯度在98%以上。