自單層2D過(guò)渡金屬碳化物和氮化物（MXenes）問(wèn)世以來(lái)在2011年，不同單層系統(tǒng)的數(shù)量以及對(duì)它的研究在持續(xù)增長(zhǎng)。Mo
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3是研究最少的一種MXene，關(guān)于這種材料的新見(jiàn)解對(duì)該領(lǐng)域具有價(jià)值。在此，我們研究了Mo
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3在電子輻照下的穩(wěn)定性。透射電子顯微鏡被用于原位地研究結(jié)構(gòu)和元素變化。我們發(fā)現(xiàn)Mo
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3在前2分鐘的照射過(guò)程當(dāng)中足夠穩(wěn)定。然而，此后結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而引發(fā)越來(lái)越迅速和顯著的結(jié)構(gòu)重整。這導(dǎo)致了孔隙形成，并產(chǎn)生兩種新的納米材料，即N摻雜石墨烯膜和鉬納米帶。該研究為單層Mo
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3的抗電子輻射穩(wěn)定性提供了新的見(jiàn)解。此外，對(duì)于電子束驅(qū)動(dòng)的化學(xué)及納米材料工程這一快速發(fā)展的領(lǐng)域，以上發(fā)現(xiàn)將促進(jìn)該領(lǐng)域中的后續(xù)研究。
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Figure 1. A）Mo
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3薄片的尺寸通常在橫向上為幾微米。插圖為α的區(qū)域處的選區(qū)電子衍射圖（SAED）。 B）Mo
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3薄片的HRTEM圖像。插圖中顯示了晶格的放大區(qū)域。 C）電子束輻照下的單層Mo
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3的球棍模型示意圖（頂部為3D結(jié)構(gòu)，底部為側(cè)視圖）。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間電子束照射后所得兩種新結(jié)構(gòu)的HRTEM照片：D）N摻雜的石墨烯膜E）鉬納米帶。
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Figure 2. 單層Mo
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3在經(jīng)過(guò)不同時(shí)長(zhǎng)的電子束照射（加速電壓為300 kV）后所形成的N摻雜石墨烯膜及孔隙結(jié)構(gòu)的HRTEM照片：A）300 s，B）358 s，C）361, D）375秒。 黃色箭頭表示孔隙，白色箭頭表示N摻雜的石墨烯納米帶，藍(lán)色陰影表示N摻雜的石墨烯薄膜或納米帶。
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Figure 3. 顯微鏡圖像和EELS光譜顯示了N摻雜石墨烯膜形成過(guò)程中結(jié)構(gòu)和元素組成的變化。A，C，E）長(zhǎng)時(shí)間電子輻照期間Mo
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3結(jié)構(gòu)變化，最終產(chǎn)生N摻雜的石墨烯膜。B，D，F(xiàn)）每個(gè)顯微鏡圖像所對(duì)應(yīng)的的EELS光譜顯示了結(jié)構(gòu)改變的過(guò)程中發(fā)生的元素變化變化。綠色陰影圓圈表示收集EELS信號(hào)的大致區(qū)域。
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Figure 4. 電子輻照下N摻雜石墨烯膜的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)變化 A–D）摻氮石墨烯薄膜的顯微圖像，展示了在電子輻照后呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)變化?？梢钥吹剑ˋ'–D'）包含有N摻雜石墨烯膜的區(qū)域的FFT濾波圖像，顯示出由五邊形、六邊形和七邊形組成的缺陷結(jié)構(gòu)（7×7 nm
2）。A” –D”）基于球棍模型的模擬圖，證實(shí)了N摻雜的石墨烯膜在電子輻射下發(fā)生了結(jié)構(gòu)變化。
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Figure 5. 高倍顯微鏡圖像顯示單層在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間電子束輻照后Mo
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3形成了
Mo納米帶，照射時(shí)間：A）0 s，B）247 s，C）312 s，D）324 s。 白色箭頭表示Mo納米帶。 紅色箭頭表示N摻雜的石墨烯膜。
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Figure 6. Mo納米帶的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，并在電子束輻照下最終塌陷。A–E）按時(shí)間順序排列的FFT濾波圖像，其中黃色箭頭指示的Mo（110）晶向與紅色箭頭指示的到無(wú)定形區(qū)域相連。F）快速獲取的Mo納米帶的HAADF圖像。圖G）為圖F）所展示區(qū)域的EELS譜圖，確認(rèn)其包含Mo元素。
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Figure 7. 電子輻照下Mo納米帶的動(dòng)態(tài)變化 A）Mo納米帶的快照。中央較薄的區(qū)域連接了兩側(cè)，其結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在最終破裂之前發(fā)生了多次變化。B，C）不同的晶粒取向。D–F）Mo納米帶不同區(qū)域的晶面間距。
本研究于2020年由蘇州大學(xué)的 Mark Hermann Rümmeli課題組發(fā)表于Small （DOI: 10.1002/smll.201907115）
原文：In Situ N-Doped Graphene and Mo Nanoribbon Formation from Mo2Ti2C3 MXene Monolayers。
