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自Geim等人首次發(fā)現(xiàn)具有二維碳原子層的石墨烯結(jié)構(gòu)以來(lái)，二維納米材料在納米電子學(xué)領(lǐng)域取得了非常大的研究進(jìn)展。近年來(lái)，二維納米材料家族中最重要的新興成員之一是過渡金屬碳化物、氮化物和碳氮化物，即MXenes。其一般化學(xué)式為M_n+1X_nT_x（n = 1-4），其中M代表早期過渡金屬元素，X為碳或氮元素，T_x為表面基團(tuán)。然而，盡管其他二維納米材料（如石墨烯，MoS₂等）在憶阻器領(lǐng)域已經(jīng)綻放異彩，但基于二維MXene材料的憶阻器報(bào)道相對(duì)較少。這主要是由于其主鏈結(jié)構(gòu)中具有豐富的自由電子，從而使其表現(xiàn)出類金屬導(dǎo)電性而非半導(dǎo)體特性。因此，發(fā)展將其應(yīng)用于憶阻器的有效策略非常重要。值得一提的是，MXene表面因?yàn)橹苽溥^程中的刻蝕步驟具有豐富的?OH，?F或=O表面基團(tuán)，為其提供了功能化修飾的潛力。

近日，蘇州科技大學(xué)李陽(yáng)團(tuán)隊(duì)成功地通過表面工程策略實(shí)現(xiàn)了MXene在高魯棒性憶阻器中的應(yīng)用。基于MXene表面的豐富官能團(tuán)，他們選擇一種兼?zhèn)?/span>共軛骨架和強(qiáng)離子相互作用的天青石藍(lán)（CB）有機(jī)離子材料對(duì)Ti₃C₂T_x-MXene二維納米片表面進(jìn)行修飾，使Ti₃C₂T_x-MXene納米片的導(dǎo)電性從類金屬性轉(zhuǎn)變為半導(dǎo)體性質(zhì)。該有機(jī)-二維雜化材料Ti₃C₂T_x-CB具有離子-電子協(xié)同調(diào)控的優(yōu)點(diǎn)，表現(xiàn)出雙極阻變開關(guān)特性，包括低工作電壓（~0.9 V）和長(zhǎng)保留時(shí)間（>10⁴ s）。此外，為了解決Ag/Ti₃C₂T_x-CB/ITO器件在持續(xù)工作后出現(xiàn)的性能衰減問題，基于二維氧化石墨烯（GO）層狀結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了GO/Ti₃C₂T_x-CB/GO二維異質(zhì)結(jié)，大大提高了憶阻性能的穩(wěn)定性。通過理論電荷輸運(yùn)模型和實(shí)驗(yàn)掃描電鏡分析表明，引入的二維氧化石墨烯層能夠起到緩沖層的作用，抑制了導(dǎo)電細(xì)絲的隨機(jī)擴(kuò)散和過度生長(zhǎng)，這是實(shí)現(xiàn)器件高魯棒性的關(guān)鍵。該研究揭示了通過有機(jī)離子-電子修飾策略制備高性能MXene憶阻器的前景，并為擴(kuò)大新型二維納米材料在非易失性存儲(chǔ)器中的應(yīng)用提供了有效的指導(dǎo)。

圖1 基于有機(jī)離子-電子修飾策略實(shí)現(xiàn)MXene雙極阻變開關(guān)特性

圖2 具有離子-電子協(xié)同特性的高魯棒性有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化MXene憶阻器

李陽(yáng)：現(xiàn)為蘇州科技大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院副教授。入選中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程、江蘇省優(yōu)青、江蘇省科協(xié)青年人才托舉工程、蘇州市科協(xié)青年人才托舉工程、國(guó)際科學(xué)組織Vebleo會(huì)士、Nanoscale“新銳科學(xué)家”、中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員、中國(guó)微米納米技術(shù)學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員、鹽城市科技副總。主要從事有機(jī)本征柔性憶阻材料及多功能器件的研究，并致力于人工突觸的集成與神經(jīng)形態(tài)計(jì)算的探索。以第一作者及通訊作者在Adv. Funct. Mater., Adv. Sci., InfoMat, Nano Energy, Small等高質(zhì)量期刊上發(fā)表論文40余篇，多篇論文入選ESI高被引論文、Wiley期刊熱點(diǎn)論文和高被引論文。擔(dān)任江蘇省材料學(xué)會(huì)副秘書長(zhǎng)、江蘇省材料學(xué)會(huì)科普工作委員會(huì)委員、江蘇省僑界專家委員會(huì)委員、蘇州市僑青會(huì)委員、江蘇省高新技術(shù)企業(yè)評(píng)審專家，并擔(dān)任Nano-Micro Lett., Int. J. Extrem. Manuf., Prog. Nat. Sci., Adv. Powder Mater., Exploration, Brain-X, Polymers,《中國(guó)結(jié)構(gòu)化學(xué)》等期刊青年編委或客座編輯。研究成果獲得江蘇省首屆自然科學(xué)百篇優(yōu)秀學(xué)術(shù)成果論文獎(jiǎng)（第一完成人）和江蘇省材料學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)（第一完成人）。主持國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金、江蘇省高校自然科學(xué)研究項(xiàng)目等國(guó)家和省市級(jí)科研項(xiàng)目8項(xiàng)。

Toward highly-robust MXene hybrid memristor by synergetic ionotronic modification and two-dimensional heterojunction

Songtao Ling, Shengran Lin, Yinzhong Wu, Yang Li

Chem. Eng. J., 2024, 486, 150100. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150100