【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】高效且無損的液相剝離一直用于大規(guī)模制備具有橫向大尺寸的二維(2D)納米材料(如石墨烯、過渡金屬硫化物等)，以實(shí)現(xiàn)出色的性能和多種應(yīng)用。由于過渡金屬碳(氮)化物(MXene)獨(dú)特地結(jié)合了親水性、高電導(dǎo)率和光熱轉(zhuǎn)換能力，已經(jīng)在電磁屏蔽、環(huán)境修復(fù)、光動力診療和光熱水蒸發(fā)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
 

　　MXeneTi3C2Tx的液相剝離通常從選擇性蝕刻(如HF或電化學(xué)蝕刻)開始，然后在水或有機(jī)溶劑(如乙醇和二甲亞砜)中進(jìn)行高功率超聲處理以破壞MXene層間范德華力和氫鍵作用。雖然傳統(tǒng)的超聲方法能夠?qū)崿F(xiàn)MXene高產(chǎn)率剝離，但這種方式會將其分解至亞微米尺寸甚至量子點(diǎn)，從而犧牲了其大尺寸、化學(xué)穩(wěn)定性和更廣泛的應(yīng)用。
 

　　近日，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所研究員李朝旭團(tuán)隊在前期利用生物高分子輔助剝離過渡金屬硫化物的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)剛性生物質(zhì)納米纖維結(jié)合微機(jī)械剪切，納米纖維能夠通過配位作用和氫鍵等相互作用附著在MXene表面，高長徑比的剛性納米纖維可以把剪切應(yīng)力傳遞到多層MXene表面，促進(jìn)MXene納米片逐層無損剝離。
 

　　與超聲處理相比，該高效且無損的剝離方法制備出橫向尺寸高達(dá)4-6 μm的MXene納米片，并且在2小時內(nèi)剝離率可達(dá)64%。生物質(zhì)納米纖維包覆MXene納米片，實(shí)現(xiàn)了膠體和化學(xué)穩(wěn)定性的提高。所制備的MXene與納米纖維復(fù)合分散液可以用作電子墨水，以打印具有高穩(wěn)定性的柔性電路或制備高機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性的復(fù)合薄膜和氣凝膠材料等。
 

　　MXene出色的光熱轉(zhuǎn)化特性在光熱蒸發(fā)的應(yīng)用中具有巨大潛力。在25℃ 1個太陽照射下，氣凝膠的光熱蒸發(fā)效率為86%，蒸發(fā)速率達(dá)3.3kg m-2 h-1。即使在-5 ℃的溫度下，仍能保持0.5 kg m-2 h-1的蒸發(fā)速率。更重要的是，除了海水淡化和去除可溶性污染物外，由于氣凝膠內(nèi)部存在納米和微米孔道，流體發(fā)電還可以與光熱水蒸發(fā)同步進(jìn)行，以獲得電能和清潔水。在等效5個太陽照射下能夠同時伴隨著350 mV發(fā)電電壓的產(chǎn)生。這種生物質(zhì)纖維輔助剝離策略不僅提供了一種高效且無損的MXene剝離方法，而且還有望實(shí)現(xiàn)光熱水蒸發(fā)和電能的同步收集。
 

　　相關(guān)研究成果近期發(fā)表在《美國化學(xué)學(xué)會-納米》(ACS Nano)上。研究工作獲得了國家自然科學(xué)基金、山東省人才工程基金、青島能源所/山東能源研究院科研創(chuàng)新基金以及中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會等項目的支持。
 

生物質(zhì)納米纖維助力MXene納米片高效剝離及其復(fù)合材料的構(gòu)筑