zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences10.47612/0514-7506-2022-89-4-477-484zhps-1086Research ArticleСтатьиИсследование методами ИК- и КР-спектроскопии особенностей структуры поверхности двумерных слоистых материалов Ti3C2Tx (T — ОН, О, F)Investigation of the Features of the Surface Structure of Two-Dimensional Layered Materials Ti3C2Tx (T - ОН, О, F) by Infrared Spectroscopy and Raman Spectroscopy MethodsИвановскаяМ. И.IvanovskayaM. I.

Минск

Minsk

ОводокЕ. А.OvodokE. A.

Минск

Minsk

ovodok@bsu.byПознякС. К.PoznyakS. K.

Минск

Minsk

КотиковД. А.KotsikauD. A.

Минск

Minsk

СвитоИ. А.SvitoI. A.

Минск

Minsk

Научно-исследовательский институт физико-химических проблем Белорусского государственного университетаResearch Institute of Physico-Chemical Problems of the Belarusian State UniversityБелорусский государственный университетBelarusian State University202226072022894477484Copyright © Ивановская М.И., Оводок Е.А., Позняк С.К., Котиков Д.А., Свито И.А., 20222022Ивановская М.И., Оводок Е.А., Позняк С.К., Котиков Д.А., Свито И.А.Ivanovskaya M.I., Ovodok E.A., Poznyak S.K., Kotsikau D.A., Svito I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1086

Методами инфракрасной (ИК) спектроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния света (КР) охарактеризованы особенности поверхностного состояния слоистых материалов Ti3C2Тх (Т — ОН–, О2–, F–), полученных в виде порошка и двумерных (2D) частиц, формирующих стабильный коллоидный раствор. Порошкообразный образец Ti3C2Тх получен путем удаления алюминия  из Ti3AlC2 обработкой в растворе HF, 2D-частицы Ti3C2Тх — обработкой Ti3AlC2 в растворе HCl+LiF с последующей обработкой ультразвуком. Фазовый состав и морфология образцов исследованы методами рентгенографии и электронной микроскопии. Методы ИК- и КР-спектроскопии позволили дифференцировать наличие терминальных групп (O2–, OH–, F–) различной природы с количественным преобладанием ОН-формы в порошкообразном образце Ti3C2Тх и ОН- и фторид-ионов  в 2D-частицах Ti3C2Тх, а также выявить наличие примеси TiOx.

The methods of infrared (IR) spectroscopy and Raman spectroscopy (RS) are herein used to characterize the features of the surface state of Ti3C2Tx (T = OH–, O2–, F–) layered materials obtained in the form of powder and two-dimensional (2D) particles forming a stable colloidal solution. A powdered sample of Ti3C2Тх is obtained by removing aluminum from Ti3AlC2 by treatment in an HF solution, 2D Ti3C2Тх particles are obtained by treating Ti3AlC2 in an HCl+LiF solution followed by sonication. The phase composition and morphology of the samples are studied by X-ray diffraction and electron microscopy. The IR and Raman spectroscopy methods permitted to differentiate the presence of terminal groups (O2–, OH–, F–) of various nature with a quantitative predominance of the OH form in the Ti3C2Tx powder sample and OH and fluoride ions in 2D Ti3C2Tx particles, and also detect the presence of TiOx impurities.

карбид титана-алюминия2D-карбид титана (MXene)морфологияинфракрасная спектроскопияспектроскопия комбинационного рассеяния светаtitanium-aluminum carbide2D titanium carbide (MXene)morphologyinfrared spectroscopyRaman spectroscopyРабота выполнена в рамках совместного белорусско-словацкого проекта при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (гранты № Х20СЛКГ-004 и № APVVSK-BY-RD-19-0011, НИР 2.1.04.02 ГПНИ “Химические процессы, реагенты и технологии, биорегуляторы и биооргхимия”, 2021—2025 гг., а также программы исследований и инноваций Европейского союза “Горизонт 2020” (грант Марии Склодовской-Кюри № 777810))ReferencesL. Toth. Transition Metal Carbides and Nitrides, New York–London, Academic Press (1971)L. Toth. Transition Metal Carbides and Nitrides, New York–London, Academic Press (1971)Э. K. Стормс. Тугоплавкие карбиды, Москва, Атомиздат (1970) 12—26Э. K. Стормс. Тугоплавкие карбиды, Москва, Атомиздат (1970) 12—26H. J. Goldschmidt. Interstitial Alloys, London, Butterworths (1967)H. J. Goldschmidt. Interstitial Alloys, London, Butterworths (1967)M. W. Barsoum. MAX Phases: Properties of Machinable Ternary Carbides and Nitrides, Wiley-VCH Germany (2013)M. W. Barsoum. MAX Phases: Properties of Machinable Ternary Carbides and Nitrides, Wiley-VCH Germany (2013)M. Naguib, M. Kurtoglu, V. Presser, J. Lu, J. Niu, M. Heon, L. Hultman, Y. Gogotsi, M. W. Barsoum. Adv. Mater., 23 (2011) 4248—4253, doi: 10.1002/adma.201102306M. Naguib, M. Kurtoglu, V. Presser, J. Lu, J. Niu, M. Heon, L. Hultman, Y. Gogotsi, M. W. Barsoum. Adv. Mater., 23 (2011) 4248—4253, doi: 10.1002/adma.201102306M. Naguib, O. Mashtalir, J. Carle, V. Presser, J. Lu, L. Hultman, Y. Gogotsi, M. W. Barsoum. ACS Nano, 6 (2012) 1322—1331, doi: 10.1021/nn204153hM. Naguib, O. Mashtalir, J. Carle, V. Presser, J. Lu, L. Hultman, Y. Gogotsi, M. W. Barsoum. ACS Nano, 6 (2012) 1322—1331, doi: 10.1021/nn204153hX. Sang, Y. Xie, M.-W. Lin, M. Alhabeb, K. L. Van Aken, Y. Gogotsi, P. R. Kent, K. Xiao, R. R. Unocic. ACS Nano, 10 (2016) 9193—9200, doi: 10.1021/acsnano.6b05240X. Sang, Y. Xie, M.-W. Lin, M. Alhabeb, K. L. Van Aken, Y. Gogotsi, P. R. Kent, K. Xiao, R. R. Unocic. ACS Nano, 10 (2016) 9193—9200, doi: 10.1021/acsnano.6b05240Y. Yoon, T. A. Le, A. P. Tiwari, I. Kim, M. W. Barsoum, H. Lee. Nanoscale, 10 (2018) 22429—22438, doi: 10.1039/C8NR06854BY. Yoon, T. A. Le, A. P. Tiwari, I. Kim, M. W. Barsoum, H. Lee. Nanoscale, 10 (2018) 22429—22438, doi: 10.1039/C8NR06854BB. Anasori, M. R. Lukatskaya, Y. Gogotsi. Nat. Rev. Mater., 2, N 2 (2017) 1—17, doi: 10.1038/natrevmats.2016.98B. Anasori, M. R. Lukatskaya, Y. Gogotsi. Nat. Rev. Mater., 2, N 2 (2017) 1—17, doi: 10.1038/natrevmats.2016.98F. Shahzad, M. Alhabeb, C. B. Hatter, B. Anasori, S. Man Hong, C. M. Koo, Y. Gogotsi. Science, 353, N 6304 (2016) 1137—1140, doi: 10.1126/science.aag2421F. Shahzad, M. Alhabeb, C. B. Hatter, B. Anasori, S. Man Hong, C. M. Koo, Y. Gogotsi. Science, 353, N 6304 (2016) 1137—1140, doi: 10.1126/science.aag2421T. Hu, J. Wang, H. Zhang, Z. Li, M. Hu, X. Wang. Phys. Chem. Chem. Phys., 17 (2015) 9997—10003, doi: 10.1039/C4CP05666CT. Hu, J. Wang, H. Zhang, Z. Li, M. Hu, X. Wang. Phys. Chem. Chem. Phys., 17 (2015) 9997—10003, doi: 10.1039/C4CP05666CM. Hu, T. Hu, Z. Li, Y. Yang, R. Cheng, J. Yang, C. Cui, X. Wang. ACS Nano, 12 (2018) 3578—3586, doi: 10.1021/acsnano.8b00676M. Hu, T. Hu, Z. Li, Y. Yang, R. Cheng, J. Yang, C. Cui, X. Wang. ACS Nano, 12 (2018) 3578—3586, doi: 10.1021/acsnano.8b00676T. Hu, M. Hu, B. Gao, W. Li, X. Wang. J. Phys. Chem. C, 122 (2018) 18501—18509, doi: 10.1021/acs.jpcc.8b04427T. Hu, M. Hu, B. Gao, W. Li, X. Wang. J. Phys. Chem. C, 122 (2018) 18501—18509, doi: 10.1021/acs.jpcc.8b04427M. Hu, Z. Li, T. Hu, S. Zhu, C. Zhang, X. Wang. ACS Nano, 10 (2016) 11344—11350, doi: 10.1021/acsnano.6b06597M. Hu, Z. Li, T. Hu, S. Zhu, C. Zhang, X. Wang. ACS Nano, 10 (2016) 11344—11350, doi: 10.1021/acsnano.6b06597A. Sarycheva, Y. Gogotsi. Chem. Mater., 32 (2020) 3480—3488, doi: 10.1021/acs.chemmater.0c00359A. Sarycheva, Y. Gogotsi. Chem. Mater., 32 (2020) 3480—3488, doi: 10.1021/acs.chemmater.0c00359V. Presser, M. Naguib, L. Chaput, A. Togo, G. Hug, M. W. Barsoum. J. Raman Spectrosc., 43, N 1 (2012) 168—172, doi: 10.1002/jrs.3036V. Presser, M. Naguib, L. Chaput, A. Togo, G. Hug, M. W. Barsoum. J. Raman Spectrosc., 43, N 1 (2012) 168—172, doi: 10.1002/jrs.3036C. J. Zhang, S. Pinilla, N. McEvoy, C. P. Cullen, B. Anasori, E. Long, S. H. Park, A. Seral-Ascaso, A. Shmeliov, D. Krishnan, C. Morant. Chem. Mater., 29, N 11 (2017) 4848—4856, doi: 10.1021/acs.chemmater.7b00745C. J. Zhang, S. Pinilla, N. McEvoy, C. P. Cullen, B. Anasori, E. Long, S. H. Park, A. Seral-Ascaso, A. Shmeliov, D. Krishnan, C. Morant. Chem. Mater., 29, N 11 (2017) 4848—4856, doi: 10.1021/acs.chemmater.7b00745G. Busca, G. Ramis, J. M. G. Amores, V. S. Escribano, P. Piaggio. J. Chem. Soc. Faraday Trans., 90, N 20 (1994) 3181—3190, doi: 10.1039/FT9949003181G. Busca, G. Ramis, J. M. G. Amores, V. S. Escribano, P. Piaggio. J. Chem. Soc. Faraday Trans., 90, N 20 (1994) 3181—3190, doi: 10.1039/FT9949003181Е. А. Оводок, М. И. Ивановская, С. К. Позняк, И. И. Азарко, М. Мичусик, А. Н. Анискевич. Свиридовские чтения: сб. ст., 17 (2021) 47—64Е. А. Оводок, М. И. Ивановская, С. К. Позняк, И. И. Азарко, М. Мичусик, А. Н. Анискевич. Свиридовские чтения: сб. ст., 17 (2021) 47—64D. B. Lioi, G. Neher, J. E. Heckler, T. Back, F. Mehmood, D. Nepal, R. Pachter, R. Vaia, W. J. Kennedy. ACS Appl. Nano Mater., 2 (2019) 6087—6091, doi: 10.1021/acsanm.9b01194D. B. Lioi, G. Neher, J. E. Heckler, T. Back, F. Mehmood, D. Nepal, R. Pachter, R. Vaia, W. J. Kennedy. ACS Appl. Nano Mater., 2 (2019) 6087—6091, doi: 10.1021/acsanm.9b01194В. Ф. Сурганов, А. М. Мозалев, Н. И. Татаренко, В. А. Ласточкина. Журн. прикл. спектр., 65 (1998) 200—204 [V. F. Surganov, A. M. Mozalev, N. I. Tatarenko, V. A. Lastochkina. J. Appl. Spectr., 65 (1998) 206—210], doi: 10.1007/BF02680470В. Ф. Сурганов, А. М. Мозалев, Н. И. Татаренко, В. А. Ласточкина. Журн. прикл. спектр., 65 (1998) 200—204 [V. F. Surganov, A. M. Mozalev, N. I. Tatarenko, V. A. Lastochkina. J. Appl. Spectr., 65 (1998) 206—210], doi: 10.1007/BF02680470B. Scheibe, K. Tadyszak, M. Jarek, N. Michalak, M. Kempiński, M. Lewandowski, B. Peplińska, K. Chybczyńska. Appl. Surf. Sci., 479 (2019) 216—224, doi: 10.1016/j.apsusc.2019.02.055B. Scheibe, K. Tadyszak, M. Jarek, N. Michalak, M. Kempiński, M. Lewandowski, B. Peplińska, K. Chybczyńska. Appl. Surf. Sci., 479 (2019) 216—224, doi: 10.1016/j.apsusc.2019.02.055A. C. Ferrari, J. Robertson. Phys. Rev. B, 61, N 20 (2000) 14095—14107, doi: 10.1103/PhysRevB.61.14095A. C. Ferrari, J. Robertson. Phys. Rev. B, 61, N 20 (2000) 14095—14107, doi: 10.1103/PhysRevB.61.14095M. Hu, T. Hu, Z. Li, Y. Yang, R. Cheng, J. Yang, C. Cui, X. Wang. ACS Nano, 12 (2018) 3578—3586, doi: 10.1021/acsnano.8b00676M. Hu, T. Hu, Z. Li, Y. Yang, R. Cheng, J. Yang, C. Cui, X. Wang. ACS Nano, 12 (2018) 3578—3586, doi: 10.1021/acsnano.8b00676

The authors declare that there are no conflicts of interest present.