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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構以來，二維納米材料在納米電子學領域取得了非常大的研究進展。近年來，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。然而，盡管其他二維納米材料（如石墨烯，MoS₂等）在憶阻器領域已經綻放異彩，但基于二維MXene材料的憶阻器報道相對較少。這主要是由于其主鏈結構中具有豐富的自由電子，從而使其表現(xiàn)出類金屬導電性而非半導體特性。因此，發(fā)展將其應用于憶阻器的有效策略非常重要。值得一提的是，MXene表面因為制備過程中的刻蝕步驟具有豐富的?OH，?F或=O表面基團，為其提供了功能化修飾的潛力。

近日，蘇州科技大學李陽團隊成功地通過表面工程策略實現(xiàn)了MXene在高魯棒性憶阻器中的應用。基于MXene表面的豐富官能團，他們選擇一種兼?zhèn)?/span>共軛骨架和強離子相互作用的天青石藍（CB）有機離子材料對Ti₃C₂T_x-MXene二維納米片表面進行修飾，使Ti₃C₂T_x-MXene納米片的導電性從類金屬性轉變為半導體性質。該有機-二維雜化材料Ti₃C₂T_x-CB具有離子-電子協(xié)同調控的優(yōu)點，表現(xiàn)出雙極阻變開關特性，包括低工作電壓（~0.9 V）和長保留時間（>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）層狀結構，設計了GO/Ti₃C₂T_x-CB/GO二維異質結，大大提高了憶阻性能的穩(wěn)定性。通過理論電荷輸運模型和實驗掃描電鏡分析表明，引入的二維氧化石墨烯層能夠起到緩沖層的作用，抑制了導電細絲的隨機擴散和過度生長，這是實現(xiàn)器件高魯棒性的關鍵。該研究揭示了通過有機離子-電子修飾策略制備高性能MXene憶阻器的前景，并為擴大新型二維納米材料在非易失性存儲器中的應用提供了有效的指導。

圖1 基于有機離子-電子修飾策略實現(xiàn)MXene雙極阻變開關特性

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

李陽：現(xiàn)為蘇州科技大學物理科學與技術學院副教授。入選中國科協(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、國際科學組織Vebleo會士、Nanoscale“新銳科學家”、中國材料研究學會高級會員、中國微米納米技術學會高級會員、鹽城市科技副總。主要從事有機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形態(tài)計算的探索。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期刊熱點論文和高被引論文。擔任江蘇省材料學會副秘書長、江蘇省材料學會科普工作委員會委員、江蘇省僑界專家委員會委員、蘇州市僑青會委員、江蘇省高新技術企業(yè)評審專家，并擔任Nano-Micro Lett., Int. J. Extrem. Manuf., Prog. Nat. Sci., Adv. Powder Mater., Exploration, Brain-X, Polymers,《中國結構化學》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百篇優(yōu)秀學術成果論文獎（第一完成人）和江蘇省材料學會科學技術獎一等獎（第一完成人）。主持國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金、江蘇省高校自然科學研究項目等國家和省市級科研項目8項。

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