东北大学《Carbon》两连发！稀土层状碳化物及其二维衍生物

自从石墨烯首次通过实验制备得到后，二维材料的研究如雨后春笋般增长，所涵盖的物理特性越来越丰富。二维材料一般可以通过机械剥离、插层或化学刻蚀等方法从其三维前驱体制备。
原子磁性来源于未占满的d轨道、f轨道电子，因而元素周期表中过渡族金属Mn、Fe、Co、Ni等和镧系稀土元素常表现出强磁性。近年来，层状过渡金属基体系中，如Cr2Ge2Te6,Fe3GeTe2, CrI3等[1-3]。经过机械剥离后都表现出二维化对其磁性的调控作用。相应的，是否存在可剥离的稀土基层状材料呢？
过渡金属碳化物近年来再次受到关注，其晶体学上由过渡金属碳化物层Mn 1Cn与A(常为：Al，Ga等p族元素)沿c轴交替堆垛形成，通用化学式为Mn 1AlCn (n=1-4)，简称MAX相。由于A层具有较高活性，采用化学刻蚀等方法，可获得相应二维衍生物(MXene)，其在储能、环境、光电、传感、电磁屏蔽等方面具有优异性能并受到广泛研究[4]。
最初发现的MAX相均为单一M元素或两种M元素无序固溶而成，而在2014年首次发现了(Cr2/3Ti1/3)3AlC2相[5]，其中Ti原子层夹在两个Cr原子层之间，这是首次发现的面外有序MAX相，随后发现的Mo2TiAlC2，Mo2Ti2AlC3均属于这种结构。但当n=1时，一种新的面内有序MAX相(i-MAX)被发现，(Mo2/3Sc1/3)2AlC，其中Mo和Sc占据同一原子层并有序排列，同时晶体结构也由传统MAX相的P63/mmc六方结构变成了C2/c单斜结构[6]。随后更多的i-MAX相被发现，其中大部分M原子层由VIB族与IIIB族的Sc、Y素有序排列，由于Mo与Cr, W同族，Sc、Y与镧系原子Ln理化性质接近，能否构成稀土基i-MAX相？此外，i-MAX相经过刻蚀后失去Ln、Al等元素而形成大量面内有序的空位和悬键，在储能方面具有广阔应用。
因此开发更多的i-MAX相，既可以寻找高性能储能材料，又能探索和开发稀土在储能方面的应用，具有重要的科学意义和广阔的应用前景。
针对此问题，东北大学崔伟斌教授等人与王强教授团队、重庆大学符潇潇博士紧密合作，基于(Mo2/3R1/3)2AlC(R=Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Y)等i-MAX相及Mo1.33C衍生MXene的晶体结构、形貌和磁性表征的系统研究，进而首次报道并研究了稀土-钨基(W2/3R1/3)2AlC(R = Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu) i-MAX相，获得了W1.33C衍生MXene基公开报道的最高电容。