基于二维碳化钛材料修饰的功能棉针织物制备及其性能

为拓展二维碳化钛材料在棉针织物中的应用,制备具有一定耐水洗性能的导电棉针织物,首先利用LiF/HCl混合溶液刻蚀前驱体钛碳化铝获得二维碳化钛导电材料(Ti_(3)C_(2)T_(x)),再对棉针织物进行阳离子化改性,使Ti_(3)C_(2)T_(x)通过静电作用附着到阳离子化的棉针织物表面,得到导电棉针织物材料。借助X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等手段对棉针织物在阳离子化改性前后以及负载Ti_(3)C_(2)T_(x)前后进行形貌表征和元素分析。通过RTS-9型四探针测试导电棉针织物的表面电阻,对棉针织物阳离子化改性工艺及Ti_(3)C_(2)T_(x)在阳离子化棉针织物表面的负载条件进行了优化。得到棉针织物阳离子化改性的最佳工艺:阳离子改性剂用量为10%(o.w.f),氢氧化钠质量浓度为10 g/L,获得Ti_(3)C_(2)T_(x)在阳离子化棉针织物表面的最佳负载条件(超声波处理60 min)。在优化条件下,负载Ti_(3)C_(2)T_(x)的阳离子化改性棉针织物表面电阻可低至84.5Ω/□,经20次水洗后,导电棉针织物的表面电阻由84.5Ω/□上升至95.6Ω/□,仍在100Ω/□以下,可满足导电要求。

二维碳化钛/多孔碳纤维的制备及性能研究

以聚丙烯腈(PAN)为碳源,聚苯乙烯微球为造孔剂,采用静电纺丝法合成二维碳化钛/PAN复合纤维(MXene/PANFibers),通过焙烧处理后得到二维碳化钛/多孔碳纤维(Ti_(3)C_(2)T_(x)/PCNF)复合材料。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜、比表面分析仪及电化学工作站等对其进行微观结构表征和电化学性能测试。结果表明:Ti_(3)C_(2)T_(x)/PCNF复合材料的比表面积为294 m^(2)·g^(-1),孔径分布集中在50~100 nm之间,少层Ti_(3)C_(2)T_(x)纳米薄片锚定在碳纤维中;Ti_(3)C_(2)T_(x)/PCNF作为电极材料具有优异的电化学性能,在1 A·g^(-1)的电流密度下比容量为292 F·g^(-1),当电流密度升至10 A·g^(-1)时其比容量仍高达169 F·g^(-1),这主要得益于复合多孔碳纤维具有优良的电化学阻抗特性。因此,二维碳化钛/多孔碳纤维(Ti_(3)C_(2)T_(x)/PCNF)复合材料在过滤、吸波以及催化等方面具有极大的发展潜力。

两步法制备碳化钛薄膜及其电容性能

二维过渡金属碳/氮化物(MXene)是一类新型超薄类石墨烯结构二维纳米材料,具有高比表面积、高电导率、组分可调、层厚可控等特质,已经在吸附、催化、传感等领域获得了广泛关注。得益于出色的电化学活性和离子传输特性,MXene近年来在储能领域逐渐崭露头角。然而,基于MXene的高性能、长寿命超级电容器的相关研究鲜见报道。本文通过刻蚀剥离和喷涂两步法制备了Ti_(3)C_(2)薄膜,对其形貌与结构进行了详细表征。随后,以Ti_(3)C_(2)薄膜作为工作电极、饱和甘汞电极为参比电极、铂片电极为对电极构建了三电极体系,系统考察了Ti_(3)C_(2)薄膜的电容性能。研究表明,电流密度为1.0 A/g时,Ti_(3)C_(2)薄膜质量比电容高达187.0 F/g。在10.0 A/g的电流密度下循环500次后,Ti_(3)C_(2)薄膜电容量仍能保持97.0%,表现出优异的循环稳定性。

基于Ti_(3)C_(2)T_(x)/聚酰亚胺复合材料的分散固相萃取-液相色谱法测定尿液中儿茶酚胺类神经递质

研究通过一种快速、简便的方法制备了聚酰亚胺功能化的二维碳化钛复合材料Ti_(3)C_(2)T_(x),并用作分散固相萃取吸附剂,结合液相色谱-荧光分析方法对尿液样品中痕量儿茶酚胺类神经递质(CAs)进行分离和分析。利用多种手段对Ti_(3)C_(2)T_(x)/聚酰亚胺的形貌、性质等进行了表征,并详细考察了萃取参数对Ti_(3)C_(2)T_(x)/聚酰亚胺萃取儿茶酚胺类神经递质的萃取性能的影响,结果表明,该复合材料可以通过静电、π-π和氢键作用有效富集目标化合物。最佳萃取条件如下:吸附剂用量为20 mg、样品pH为8.0、吸附时间和脱附时间分别为10 min和15 min、解吸溶剂为醋酸-乙腈-水(5∶47.5∶47.5,v/v/v)。将Ti_(3)C_(2)T_(x)/聚酰亚胺用作分散固相萃取吸附剂与HPLC-FLD联用,建立了一种尿液中CAs的灵敏检测方法,实现了4种CAs物质的定量分析。在最优的条件下,该方法中去甲肾上腺素、肾上腺素、多巴胺和异丙肾上腺素的线性范围为1~250 ng/mL,相关系数(r^(2))均大于0.99,检出限LOD(S/N=3)在0.20~0.32 ng/mL之间,定量限LOQ(S/N=10)在0.7~1.0 ng/mL之间,日内精密度相对标准偏差(RSD)在0.7%~1.09%之间,日间精密度相对标准偏差(RSD)在1.73%~4.24%之间,在实际样品中的加标回收率在82.50%~96.85%之间,精密度RSD的范围在2.47%~9.96%之间。基于Ti_(3)C_(2)T_(x)/聚酰亚胺的分散固相萃取-液相色谱法具有萃取速度快、灵敏度高等特点,可以成功用于尿液中CAs的检测分析。

二维Ti_(3)C_(2)T_(x)官能团微波等离子体调控及其气敏性能

采用液相溶液选择性刻蚀法制备风琴状二维碳化钛(Ti_(3)C_(2)T_(x)),并采用O_(2)–Ar微波等离子体在不同热处理温度下对Ti_(3)C_(2)T_(x)进行表面官能团调控。研究了不同等离子体处理温度下材料的微结构和表面官能团变化,探讨了Ti_(3)C_(2)T_(x)对甲醛和苯系物的气敏响应和选择性,从材料氧官能团变化角度探讨了可能的气体敏感机制。结果表明:O_(2)–Ar等离子体处理可增加Ti_(3)C_(2)T_(x)材料中的表面氧官能团含量,经500℃热处理样品在最佳工作温度下对0.01%(体积分数)甲醛响应可达到169,同时在室温下对甲醛也表现出良好的气敏性能。

Ti_(3)C_(2)T_(x)的制备及在化纤织物表面的负载

利用HCl/LiF混合体系对前驱体钛碳化铝进行刻蚀,得到二维碳化钛纳米片。采用简单抽滤的方式在涤纶、芳纶表面沉积一层致密平整的Ti_(3)C_(2)T_(x)纳米片薄膜,从而制备了两种导电化纤织物。结果表明,Ti_(3)C_(2)T_(x)自支撑膜的红外发射率为0.089,表面电阻为0.35Ω/sq,电导率可达到51.25 S/cm。采用抽滤的Ti_(3)C_(2)T_(x)分散液处理后,Ti_(3)C_(2)T_(x)/涤纶的表面电阻为0.53Ω/sq,电导率可达到36.35 S/cm,红外发射率为0.102。Ti_(3)C_(2)T_(x)/芳纶的表面电阻3.03Ω/sq,电导率可达到5.64 S/cm,红外发射率为0.205。经过四周,Ti_(3)C_(2)T_(x)/涤纶-20表面电阻增长至0.75Ω/sq,Ti_(3)C_(2)T_(x)/芳纶-20表面电阻增长至3.64Ω/sq,在可穿戴电子产品中具有潜在的应用前景。

MoS_(2)/Mxene复合材料的制备及其中性析氧电催化性能

动力学缓慢的析氧反应是目前利用可再生能源进行水分解产氢的瓶颈,因此低成本的高效稳定析氧电催化剂是提高产氢效率的关键,发展适用于中性条件的析氧电催化剂则是未来研究趋势。发现水热法合成的MoS_(2)/二维碳化钛(Mxene)复合材料是一种高效稳定的中性析氧电催化剂,在0.1 mol/L磷酸盐缓冲液(PBS,pH=7.2)中达到10 mA·cm^(-2)的电流密度,MoS_(2)量子点(QD)/Mxene仅需480 mV的过电势,比贵金属IrO_(2)催化剂降低了174 mV,在30次电化学循环伏安法活化过程中表现出优异的稳定性,旋转环盘电极测试表明其活化后的法拉第效率较高(92%)。进一步对比两类不同结构的复合材料MoS_(2)QD/Mxene和MoS_(2)纳米片/碳化钛(MoS_(2)NS/Mxene)的电催化性能和复合结构,证实了二维Mxene和MoS_(2)材料的复合界面作用是提高MoS_(2)析氧活性的关键。本研究结果不仅展示了一种新型的可在中性条件下稳定工作的高效复合析氧电催化材料,同时也为高效复合析氧电催化材料的优化和设计提供参考。

Rh/Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene催化剂用于氨硼烷催化产氢

二维过渡金属碳/氮化合物基(MXene)催化剂对于水解产氢反应具有优异的催化活性.以二维过渡金属碳化钛(Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene)材料为载体,采用原位还原法,制备了超高分散度的二维Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene材料担载的金属铑(Rh)催化剂(Rh/Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene).利用单层二维Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene材料高度暴露的表面,实现了Rh亚纳米团簇的高度分散.在常压的温和条件下,将制得的Rh/Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene催化剂用于氨硼烷的常温分解.在35℃,0.1 MPa的条件下,氨硼烷可以在3 min内完全实现氢气(H_(2))的释放.催化剂的结构表征证明:Rh亚纳米团簇的平均尺寸约为0.66 nm.构效关系研究表明:二维Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene载体表面高度暴露的碳钛键(C-Ti)结构可以起到锚定和高度分散Rh亚纳米团簇的作用.

CoNiO_(2)/Ti_(3)C_(2)Tx复合材料的制备及其电化学性能

采用共沉淀方法并结合热处理技术制备了CoNi O_(2)/Ti_(3)C_(2)Tx复合材料。使用扫描电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、氮气吸脱附测试、循环伏安法、恒流充放电法和电化学阻抗测试对所制备样品进行表征。结果表明:CoNiO_(2)/Ti_(3)C_(2)Tx质量比为30:1的复合材料具有最佳的电化学性能,在1 A/g的电流密度下具有389 F/g的比电容,约为Ti_(3)C_(2)Tx比电容的6倍;当电流密度为20 A/g时,其比电容为309 F/g;在电流密度为10 A/g时,经过1500次充放电循环后,电容保持率为82%。

基于Ti_(3)C_(2)-MXene的太阳能界面水汽转换

水资源匮乏是现代化发展中面临的全球性问题,太阳能界面水汽转换(Interfacial Solar Steam Generation,ISSG)是一种高效、绿色、低成本进行海水淡化和废水处理的方法。ISSG使用绿色的太阳能作为热源,通过光热转换并将热限制在水气界面上以高效产生蒸气,然后经过冷凝收集获得清洁水。设计和构筑具有强光吸收的光热转换材料是ISSG的技术核心。Ti_(3)C_(2)-MXene是一种新型二维碳化钛材料,具有比表面积大、水分散性好和光热转换效率高等优点,在ISSG领域具有巨大的应用潜力。本文介绍了ISSG技术和MXene,总结了光热转换材料的设计原则,论述了Ti_(3)C_(2)-MXene复合材料在ISSG领域的研究进展,其中包括二维MXene薄膜、三维MXene气凝胶和水凝胶、生物基-MXene复合材料的构筑和性能等,并分析了Ti_(3)C_(2)-MXene所面临的挑战和发展前景。