Angew. Chem. ：计算·数据驱动发现新型二维材料——六方MBenes HfBO

近年来，理论预测表明二维过渡金属硼化物（MBenes）可能成为潜在的磁性、能量存储和催化剂材料。然而，MBenes的研究仍处于理论研究阶段，实验合成和应用探索仍然面临挑战。目前，MBenes合成困难的原因主要有两点。首先，已知可以稳定存在的三元MAB相前驱体种类较少。其次，传统的正交晶系MAB相（ort-MAB）不易进行选择性蚀刻。

为了应对这些挑战，最近，西北工业大学材料学院的王俊杰教授团队采用了高通量的结构搜索、计算筛选和实验验证相结合的方法，预测出具有合成潜力的133种六方MAB相（h-MAB），并具备3种结构原型。理论预测发现，六方晶系的三元h-MAB相是比传统ort-MAB相更优异的MBenes前驱体材料。

通过实验成功合成了代表性的三种结构原型的h-MAB相（Hf₂InB₂、V₃PB₄和Hf₂PbB），并通过选择性蚀刻Hf₂InB₂中的In层，成功制备了首个六方MBene（h-MBene），即HfBO。进一步的应用研究发现，二维HfBO材料在锂离子电池的负极方面具有极大的潜力。

理论预测发现，与传统的ort-MAB相相比，三元h-MAB具有更多稳定的结构、更强的化学键各向异性、更高的A元素化学反应活性和更低的A元素扩散势垒。因此，h-MAB相是更适合作为二维MBenes前驱体的材料。

为了验证h-MAB相容易剥离的理论预测，研究团队采用了高温熔盐路易斯酸剥离实验成功合成了首个六方MBenes HfBO。实验表征结果显示，合成的HfBO材料呈现明显的手风琴形貌，并且比母相Hf2InB2具有更大的比表面积，符合典型的二维材料特征。此外，通过微观结构的STEM观察，发现2D HfBO具有六方晶体结构和明显的层间距。EELS和XPS表征进一步证实了成功刻蚀In层的情况。

随后，对实验制备的HfBO材料进行了系统的储能电化学研究。长周期测试发现，随着循环次数的增加，HfBO电极材料的储存容量逐渐增加，然后趋于稳定。特别值得一提的是，在0.1 A g^-1倍率下，HfBO经历了500个循环，储存容量达到420 mAh g^-1。因此，HfBO作为电极材料具有高储存容量和良好的循环稳定性，表现出潜在的优异电极材料特性。

在这项工作中，王俊杰教授团队将材料基因工程技术应用于新型六方MAB相和二维衍生物的发现中，为新型二维材料的发现开辟了一条从结构预测到实验合成再到应用探究的新途径。通过选择性化学刻蚀三元六方MAB相的方法成功获得h-MBene HfBO，为二维硼化物的制备提供了新的范例，极大地推动了二维硼化物材料的发展，并有望为MAB相和MBenes这一引人注目的材料开辟新的研究领域。

论文信息

Discovery of Two-dimensional Hexagonal MBene HfBO and Exploration on its Potential for Lithium-Ion Storage

Nanxi Miao, Prof. Yutong Gong, Huaiyu Zhang, Qing Shen, Rui Yang, Prof. Jianping Zhou, Prof. Hideo Hosono, Prof. Junjie Wang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202308436