MAX相（分子式为 Mn+1AXn）是指一类具有六方晶体结构的非范德华层状材料，其中M主要为前过渡族金属，A主要为ⅢA和ⅣA主族元素，X为碳、氮或硼，n=1~4。MAX相的晶体结构由过渡金属碳氮化物层（MX层）和A位原子层交替堆叠而成，这使其兼具了金属材料和陶瓷材料的特性，作为一种优异的结构材料在高铁电弓、高温加热元件、涡轮机叶片、高温隔热罩、耐磨涂层等应用领域表现出极大的应用前景。
MAX相材料在抽掉A元素之后衍生为一种新型二维碳氮化物材料MXene(分子式为Mn+1XnTx，其中T为表面端基)。MXene具有与石墨烯相似的原子排列方式，而且晶格组分（M和X元素）和表面端基（T元素）丰富可调，因此在光电器件、电化学储能、电磁屏蔽、表面催化、分离膜等领域展现出极大的应用潜力。因此，如何精确调控MAX相和MXene材料二维层间的组分和结构已经成为制约其实现特定功能应用的最大挑战。
魔方是大家熟悉的一种益智游戏，每个面都由3x3个方块组成。如果把每个方块都标识为一种元素，那么MAX相三元材料刚好可以由并列三个方块（1x3）组成。材料科学家发现通过扭转魔方的方式可以创制出更多常规合成路径无法实现的新型MAX相和MXene材料。我们可以想象魔方在扭转过程中，元素/色块不断离开原有位置，这代表着刻蚀的过程；新元素/新色块重新组合成1x3方块，这代表着“同晶置换”反应过程。显然，魔方上元素不断变换组合给了材料研究无穷的想象力。
中国科学院宁波材料所黄庆研究员带领团队提出了一种“化学剪刀”辅助的层状过渡金属碳/氮化物（MAX相和MXene）的化学插层策略，该策略利用路易斯酸熔盐和还原性金属作为“化学剪刀”打开MAX相或MXene的层间（相当于转动魔方的中间方块），然后引入不同的客体插层物质（金属原子和阴离子等）来进行层间插层（相当于将特定魔方方块放入中间方块）。这种“化学剪刀”辅助的结构编辑方法极大丰富了目标物质的元素组成和微观结构，最终得到了一系列A位元素含有传统元素（Al、Ga、In和Sn）和非传统元素（Bi、Sb、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pt、Au、Pd、Ag、Cd和Rh）的MAX相材料。非传统A位元素的引入，如磁性元素和贵金属等，有望将MAX材料的研究从高温结构领域拓展到功能应用领域（如磁性、光电、催化、超导等）。此外，通过该方法还得到了一系列端基为卤素、硫属和氮族元素的MXene材料，有望进一步促进MXene在催化、储能、电磁屏蔽等领域的应用。科研人员还发现，“化学剪刀”方法可以实现二维（2D）MXene材料到三维（3D）MAX相材料的拓扑结构转变，这为非范德华和范德华层状材料的原子构筑提供了新思路。
该研究成果以“Chemical scissor-mediated structural editing of layered transition metal carbides”为题发表在 Science 杂志上。中国科学院宁波材料所为第一单位和通讯单位，美国德雷塞尔大学和瑞典林雪平大学为合作单位。
（先进能源工程实验室）