新型二维材料MXene的研究进展

MXene是一种新型的二维过渡金属碳化物或碳氮化物,具有类似石墨烯的二维结构,其化学通式是M_(n+1)X_nT_z,n=1,2,3,其中M为早期过渡金属元素,X为碳或氮元素,T为表面链接的F^-、OH^-、O^(2-)等活性官能团。通过化学液相法可以选择性蚀刻掉MAX相中的A元素得到相应的MXene相。现今较为成熟的制备方法是HF蚀刻法。对MXene的结构与性能进行的第一性原理计算表明,其具有独特的二维层状结构、较大的比表面积及良好的导电性、稳定性、磁性能和力学性能,已广泛应用于储能、催化、吸附等多处领域。本文综述了类石墨烯二维材料MXene的理论、制备和应用方面的研究进展,并对现有挑战和未来发展提出了建议。随着研究的进一步深入,MXene将被应用于更广泛的领域。

碳纳米管复合二维碳化钛负载钯粒子电催化性能研究

为提高Ti_3C_2的层间距及电催化性能,利用碳纳米管(CNT)进行层间微结构调控。Ti_3AlC_2经HF化学刻蚀法获得层状Ti_3C_2,再以羟基化碳纳米管(CNT)以及次氯钯酸钾(K_2PdCl_4)为原料,通过超声分散和溶剂热法将贵金属Pd粒子负载到Ti_3C_2-CNT上,制得直接甲醇电池阳极催化剂材料Pd/Ti_3C_2-CNT。采用X射线衍射、扫描电镜以及光电子衍射对样品的形貌和结构进行表征,考察了CNT对Ti_3C_2层间微结构的调整效果;采用循环伏安法、计时电流法以及交流阻抗图谱研究了Pd/Ti_3C_2-CNT复合催化剂在酸性、碱性溶液中对甲酸、甲醇的电催化性能。结果表明,复合材料中CNT对Ti3C2有插层作用,建立了"桥联"效果,有利于催化剂载体电子传输,进而提高了Pd/Ti_3C_2-CNT的电催化性能。

二维碳化钛/碳纳米管负载铂钌粒子的制备及电催化性能研究

直接甲醇燃料电池因操作方便、转化效率高、操作温度低、污染少以及液体燃料易存储易运输等优势具有良好的应用前景,但现有阳极催化剂存在催化活性低、抗CO中毒性差等缺点,制约了其商业化应用前景。本研究采用三步法制备得到了一系列不同Pt、Ru配比的PtRu/(Ti3C2Tx)0.5-(MWCNTs)0.5阳极催化剂材料,HF腐蚀Ti3AlC2得到Ti3C2Tx,与酸化处理的多壁碳纳米管(MWCNTs)复合后通过溶剂热法负载Pt、Ru颗粒。通过XRD、SEM、EDS、TEM、XPS等分析铂钌的协同关系。结果表明:Ru原子与Pt原子晶格混合,形成了粒径约3.6 nm的铂钌双金属合金。电化学分析结果表明:Pt1Ru0.5/(Ti3C2Tx)0.5-(MWCNTs)0.5催化剂具有最佳的电化学性能,其电化学活性面积(Electrochemical Active Area,ECSA)为139.5 m^2/g,正向峰电流密度为36.4 mA/cm^2。

剥离时间对二维Ti_3C_2吸附染料污染物性能的影响

对Ti3AlC2进行氢氟酸(HF)腐蚀剥离,获得不同剥离程度的二维Ti_3C_2材料。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等对不同剥离时间获得的样品晶体结构和微观形貌进行表征,采用紫外分光光度计测试其作为吸附剂对阳离子型亚甲基蓝(MB)和阴离子型刚果红(CR)有机染料的吸附性能,从吸附动力学和热力学角度分析吸附机理。结果表明:随着HF腐蚀剥离时间的延长,二维Ti_3C_2材料片层间距增加,对阳离子型亚甲基蓝、阴离子型刚果红有机染料均表现出较好的吸附性能,并符合准二级吸附动力学模型以及Langmuir和Freundlich吸附等温线拟合模型,说明该吸附过程是以化学吸附为主要吸附机制、单分子和多分子吸附模式共同作用、协同吸附的过程,并因阴阳离子染料的不同,作用机理不同,表现差异性吸附行为。