MXene材料Nb_(2)CCl_(x)与Ti_(2)CCl_(x)对Mg储氢性能的改性研究

镁是众多固态储氢材料中一类深受关注的材料,具有很高的储氢容量(7.6%(质量分数))和可逆吸放氢等优点。但是Mg吸放氢所需温度高,放氢动力学缓慢等影响了其实用性。采用熔盐刻蚀法以n(Mg)∶n(MXene)=10∶1的比例制备了两种不同类型的MXene(Nb_(2)CCl_(x)和Ti_(2)CCl_(x)),并研究不同种类MXene的添加对金属Mg的微观结构和吸放氢性能的影响。结果表明,材料的相组成未发生改变,但球磨后材料的颗粒尺寸进一步减小,增大了其比表面积。Nb_(2)CCl_(x)和Ti_(2)CCl_(x)的引入则使Mg的性能得到明显提升,可以有效提高材料的吸放氢速率,Mg@Nb_(2)CCl_(x)在200 s内就可以放出5.0%(质量分数)的氢气,Mg@Ti_(2)CCl_(x)在250 s内也可以放出5.3%(质量分数)的氢气。同时也可以降低材料的初始吸放氢温度,10%(质量分数)Nb_(2)CCl_(x)使纯Mg的初始吸氢和放氢温度分别降低了125℃和175℃,10%(质量分数)Ti_(2)CCl_(x)则使纯Mg的初始吸氢和放氢温度分别降低了100和125℃。根据Chou模型进行吸放氢动力学拟合的结果表明,MXene的加入使Mg的控速步骤由表面渗透控制向扩散控制转变,从而提高了Mg的吸放氢动力学性能。

二维MXene材料在太阳能电池和金属离子电池中的研究进展

MXene是一种新型二维材料,具有导电性高、表面官能团丰富、层间距和能带结构可调等特点,从而在新能源器件中拥有重要的研究价值。综述了MXene在太阳能电池和金属离子电池中应用的相关进展。在太阳能电池中,基于MXene高电导率、高透明度和功函数灵活可调的特点,讨论了其在电极和载流子传输层中的相关应用研究,并对MXene功函数调整的策略进行了总结。在金属离子电池中,基于MXene独特的二维层状结构、优异的力学性能和良好的导电性,讨论了MXene作为负极材料以及与碳纳米材料、金属氧化物和硅组成的复合材料对电化学性能的提升作用,并对MXene在正极材料、集流体以及隔膜中应用也进行了介绍。最后对MXene的下一步发展进行了展望。

ITO/AgNWs/ITO薄膜的制备及其性能研究

随着显示面板向超大尺寸、超高清、可触控的方向发展,单一的氧化铟锡(ITO)薄膜难以满足显示器件越来越高的光电性能要求,因此复合导电薄膜得以发展。本文制备了以二维银纳米线(AgNWs)导电网络嵌入ITO薄膜形成的ITO(222)/AgNWs/ITO(400)复合薄膜结构,系统研究了AgNWs添加量和上层ITO薄膜溅射温度对复合薄膜结构与光电性能的影响,AgNWs金属导电网络不仅提升了薄膜的电学性能,还保持了优良的光学性能。结果表明,在旋涂600μL的AgNWs分散液、上层ITO薄膜的溅射温度为175℃时,制备的复合ITO薄膜方阻为7.13Ω/□,在550 nm处透过率为91.52%,且品质因数为57.82×10^(-3)Ω^(-1),实现了超低电阻率和高可见光透过率复合ITO薄膜的制备。

基于MXene/RGO复合材料的具有多孔压力敏感结构的柔性可穿戴传感器

随着微电子技术与柔性智能电子的快速发展,二维材料因其独特的层状结构,在柔性电子领域具有良好的应用潜力。MXene由于具有良好的导电性与较高的亲水性,在柔性传感领域引起了广泛关注。然而,纯MXene层间距离有限,在压力传感领域受到极大限制。故提出了一种快速发泡技术来实现多孔结构的制备。采用多孔结构的MXene/RGO复合材料作为压力敏感材料,并设计了叉指电极作为传感器的电极引线层,构建了压力传感器。实验结果表明,该传感器具有优异的压力敏感性能,其检测范围可达到0~1.7 MPa,最大传感器灵敏度达到0.556 kPa~(-1),快速响应时间以及释放时间分别为为82 ms和63 ms,且具有良好的稳定性(≥1 800次循环)。同时,在应用研究中表明该压力传感器在人体运动监测、人机交互、医疗监测等领域均具有广泛的应用前景。

CuO/MXene的制备及NO_(2)的气敏性能

为了提升氧化铜(CuO)基气体传感器的传感性能,成功地采用水热法合成了CuO纳米材料并使用乙醇分散制样法合成了CuO/MXene复合纳米材料。通过实验分析和测试了其在不同温度下对低浓度NO_(2)的响应。结果表明,在掺杂MXene之后,传感器的性能得到了提升,且该传感器的最佳工作温度为110℃。在110℃下对低浓度的NO2响应迅速,其响应时间为10 s。经过测试发现该传感器具有优异的稳定性和特异性。

二维材料MXene的制备方法、性能与应用探究

MXene是一种新型的二维层状纳米材料,具有独特的多层结构,出色的导电性,力学性和表面功能化能力,使其在广泛的应用中具有高度普适性。本文综述了MXene的“自下而上”和“自上而下”制备方法,对比了各种方法的优缺点。分析了MXene材料的特性及对应的应用场景,对MXene在化学、生物和多功能等传感器中研究进行了总结。

单原子Al修饰空位缺陷V2C(MXene)对H_(2)气体表面吸附的第一性原理研究

基于第一性原理计算方法,对含空位缺陷的V2C(MXene)在不同位点修饰单原子Al的相关性能进行系统研究.研究表明,几何优化后得到含空位缺陷的V2C稳定结构表面能为-3075.53 J/m2,单原子Al修饰本征V2C单原子的吸附能为1.5511eV、单原子Al修饰空位缺陷V2C的吸附能为-2.0763 eV,这表明含空位缺陷的V2C,由于单原子Al的修饰可以明显改善晶体结构稳定性.进一步从态密度、分波态密度、吸氢能力研究发现,各体系态密度和分波态密度均出现分波越过费米能级的现象,表现出较强的金属性;V2C吸附H_(2)气体分子吸附能为-7.5867 eV,而空位缺陷V2C和单原子Al修饰空位缺陷V2C两个体系对H_(2)气体分子的吸附能仅为-0.9851 eV、-2.7130 eV,均未能进一步改善V2C对H_(2)气体分子的吸附性能,这对于储氢材料研发提供了一定的理论指导.

CoP修饰Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene纳米复合材料作为高效析氢反应电催化剂

高效、经济和环保是电化学水分解制氢电催化剂的关键要素。二维(2D)MXene材料因其独特的物理化学性质而受到广泛关注。虽然有许多不同种类的MXene材料,但只有少数具有本征析氢反应(HER)催化活性。然而,MXene材料具有很多优点,如较大的比表面积、高电导率和丰富的表面官能团,因此可以作为与其他物质复合的理想平台。本研究首先通过密度泛函理论(DFT)预测了CoP与Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene(其中T_(x)=―F和―OH官能团)具有低的氢吸附自由能(ΔGH^(*))。接着,我们合成了CoP-Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene纳米复合材料,并在0.5 mol∙L^(−1)H_(2)SO_(4)中测试了其电催化HER性能。该材料在电流密度为10 mA∙cm^(−2)时表现出了低的过电位(135 mV)和Tafel斜率为48 mV∙dec^(−1)。理论计算表明,CoP-Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene纳米复合材料的优异电催化性能源于Ti_(3)C_(2)T_(x)的高金属导电性、良好的界面电荷转移、快速的氢吸附/解吸过程以及优化的电子结构。

MXene在压力传感中的研究进展

近年来,压力传感器在智能可穿戴纺织品、健康监测、电子皮肤等领域得到了广泛应用。二维纳米材料MXene的出现,为压力传感带来了全新的突破。Ti3C2Tx是压力传感领域研究最多的MXene,具有良好的机械性能、高导电性、优异的亲水性以及广泛的可修饰性,是理想的压力传感材料。因此,近些年研究者们对MXene在压力传感器中的设计和应用进行了大量探索和研究。本文总结了MXene的制备技术和抗氧化方法。同时介绍了基于MXene的微结构设计,包括气凝胶/多孔结构材料、水凝胶、柔性衬底和薄膜。该类设计有利于提高压力传感器的响应范围、灵敏度和柔韧性,促进了压力传感器的快速发展。此外,进一步探讨了MXene压力传感器的工作机制,包括压阻式、电容式、压电式、摩擦电式、电池式和纳米流体式等。MXene以其优异的特性而在各种机制的传感器中得到了广泛应用。最后,对MXene材料的合成、性质以及其在压力传感方面的机遇和挑战进行了展望。

纳米银-MXene/纤维素水凝胶的合成及催化还原4-硝基苯酚

本文制备了MXene/纤维素复合水凝胶,利用MXene对硝酸银的原位还原获得了一系列纳米银-MXene/纤维素水凝胶复合催化剂。采用透射电子显微镜(TEM),X-射线衍射仪(XRD),X-射线光电子能谱仪(XPS)和电感耦合等离子体光谱仪(ICP-OES)对复合催化剂进行表征。以还原4-硝基苯酚为探针反应,采用紫外可见分光光度计(UV-Vis)对还原反应进行实时监测,考察MXene含量和银负载量对复合催化剂性能的影响。随后选用最优催化剂,考察硼氢化钠用量和催化剂用量对4-硝基苯酚催化还原反应的影响。在最优反应参数下,催化剂的TOF值可达633 h^(-1),Kr可达1.02 min^(-1);并且在连续使用13次后,4-硝基苯酚转化率仍保持在98.2%。

基于MXenes的SERS基底增强拉曼光谱检测柑橘中的福美双

目的:研究基于MXenes(Ti3C2Tx)二维材料的表面增强拉曼散射(SERS)基底的农残快速检测方法。方法:采用氟盐刻蚀法制备单层的带负电的MXenes二维材料,再合成正电荷表面活性剂CTAC修饰的30 nm金纳米粒子(AuNPs),通过静电吸附作用,制备MXenes负载金纳米的二维复合基底(AuNPs/MXenes)。以罗丹明6G(R6G)作为拉曼探针分子,优化AuNPs与MXenes胶体溶液混合体系的浓度比例,用于福美双的检测。结果:AuNPs/MXenes的拉曼增强因子为1.7×10^(5),表现出良好的SERS活性,以1379 cm^(-1)处福美双拉曼特征峰的强度与福美双农残浓度的对数构建线性关系,得到标准曲线:y=888x+1151,决定系数R^(2)为0.986,检测限为0.051 ng/mL,低于国家标准5 ng/mL。使用标准的前处理QuEChERS法对柑橘样品进行预处理,实现了真实柑橘样品中的福美双残留的SERS检测,其回收率范围101.1%~122.0%。结论:基于MXenes结构制备的SERS基底,可用于柑橘样品中的福美双检测。

新型二维层状材料MXene在光催化水处理应用中的研究进展

光催化技术可以直接利用清洁的太阳能催化降解污染物,污染物矿化程度高,在环境修复和催化领域具有显著优势。金属氧化物作为光催化剂存在禁带宽度大、空穴-电子对复合率高等缺点限制了其应用。近年来,MXene由于具有良好的电子迁移能力、环境稳定性、层结构丰富和比表面积大等特点,在作为改性金属氧化物光催化剂上具有潜在优势。首先概述了MXene的制备方法,包括氢氟酸刻蚀法、氟化物刻蚀法、碱刻蚀法、盐酸水热刻蚀法、路易斯酸刻蚀法、电化学刻蚀法、化学气沉降法以及高温分解法等;其次介绍了MXene材料表面终端活性官能团、分散性和化学稳定性;然后综述了MXene/金属氧化物光催化剂的作用机理,包括金属氧化物光催化机理、MXene/金属氧化物光催化增强机理;然后介绍了MXene/金属氧化物光催化剂在光催化降解药物和染料领域的应用以及催化稳定性,最后对MXene/金属氧化物光催化剂存在的问题进行展望,以期能够为高效光催化剂的设计和水处理应用提供理论支撑。

Ni/Ti_(3)C_(2)(MXene)催化剂制备及催化肉桂醛选择加氢性能

以氢氟酸为蚀刻剂,Ti_(3)AlC_(2)为原料制备的多层Ti_(3)C_(2)(MXene)为载体,采用KBH4还原法制备了Ni负载量(即Ni的理论质量分数,下同)5%~20%的Ni/Ti_(3)C_(2)催化剂,通过XRD、FTIR、SEM、N_(2)吸附-脱附、NH_(3)-TPD、CO_(2)-TPD对Ni/Ti_(3)C_(2)进行了表征,考察了其催化肉桂醛选择加氢的性能。结果表明,Ni负载量为10%的Ni/Ti_(3)C_(2)催化剂(记为10Ni/Ti_(3)C_(2))具有最佳的性能,其Ni金属颗粒均匀负载在Ti_(3)C_(2)表面上,层状结构清晰,比表面积为9.6 m^(2)/g,具有最小的金属Ni平均粒径(43.59 nm)和最高的分散度(0.21%)。随着Ni负载量的增加,Ni/Ti_(3)C_(2)的比表面积和酸位点强度逐渐增加,表面酸性位点种类变化不大,10Ni/Ti_(3)C_(2)具有强Lewis酸位点(NH_(3)脱附峰在511℃左右),热稳定性较好。在H_(2)压力2.0 MPa、30 mL异丙醇为溶剂、反应温度120℃的条件下,0.5000 g 10Ni/Ti_(3)C_(2)催化1.0000 g肉桂醛选择加氢反应3.0 h,肉桂醛转化率和苯丙醇选择性分别为100%和99.29%;在4次循环中,10Ni/Ti_(3)C_(2)表现较高的催化稳定性,肉桂醛转化率100%,苯丙醇选择性99.29%~92.07%。

基于N掺杂Ti_(3)C_(2)MXene量子点的荧光探针用于Hg2+和S2-的传感检测

基于N掺杂Ti_(3)C_(2) MXene量子点(N-Ti_(3)C_(2) MQDs)荧光探针和配位相互作用,构建了一种检测Hg^(2+)和S^(2-)的“开-关-开”型荧光传感新方法.研究发现,制备的N-Ti_(3)C_(2) MQDs发射蓝色荧光(λem=440 nm),荧光量子产率为15.7%.Hg^(2+)与N-Ti_(3)C_(2) MQDs表面的—NH2,—COOH,—OH等官能团产生选择性配位作用,导致N-Ti_(3)C_(2) MQDs体系荧光猝灭.当加入S^(2-)后,由于S^(2-)与Hg^(2+)之间强的结合力,形成HgS沉淀,从而使N-Ti_(3)C_(2) MQDs体系荧光恢复.基于该原理,构建了一种“开-关-开”型荧光传感方法,实现了对Hg^(2+)和S^(2-)的定量检测.N-Ti_(3)C_(2) MQDs探针的荧光强度与Hg^(2+)浓度在0.02~200μmol/L范围内呈良好线性关系,检出限为10 nmol/L(S/N=3);与S^(2-)浓度在0.07~150μmol/L范围内呈良好线性关系,检出限为30 nmol/L(S/N=3).该方法具有成本低、操作简单、灵敏度高和选择性好等特点,并可用于水样中Hg^(2+)和S^(2-)的检测.

MXenes纳米点的制备及应用进展

二维(2D)层状材料MXenes具有优良的理化性质。由MXenes制备的纳米点材料MXenes纳米点(MNDs),不仅可继承二维层状MXenes材料本身的物理和化学特性,而且由于纳米点的尺寸效应还展现出了一些新特性。对基于MXenes的纳米点材料进行了综述,全面总结了文献中包括Ti3C2和MoC2等不同类型MXenes纳米点的制备方法,对各类常见的制备方法进行了对比,并对不同方法优缺点进行了分析,在此基础上总结了此类新型纳米材料在光电及生物医学领域的应用前景。

基于MXene空气电极的印刷柔性锌空电池及其应用研究

目的探究承印材料和添加单层或少层Mxene(SLMxene)对柔性锌空电池性能的影响,以及在不同氧气含量环境下的表现。方法利用丝网印刷在不同承印基材上制备柔性锌空电池,研究承印材料对柔性锌空电池放电性能的影响。结果得到了在PE防水膜上印刷的柔性锌空电池放电性能最佳,初始开路电压最高,达到5.5V。在此基础上,探究SLMXene的质量分数对电池放电性能的影响。利用HCl与HF混合溶液对Ti_(3)AlC_(2)进行刻蚀,并剥离得到SLMXene,将SLMXene加入空气电极油墨中,发现SLMXene添加量超过2%时,柔性锌空电池的放电电压保持平稳,放电电压不再改变,并且在弯折时电池的放电电压保持平稳;弯折200次后,电池的放电电压保持96%以上。结论改变柔性锌空电池所处环境中的氧气含量时,其放电电压表现出与氧气含量呈正相关的特性,表明其在氧气智能包装领域具有应用潜力。

功能化MXene在锂硫电池中应用研究进展

MXene作为新兴的二维导电材料,在储能器件的电极和电解质设计及应用等方面引起了科研人员的兴趣。近年来,在锂硫电池研究中,MXene材料优异的导电性及对多硫化物的吸附作用使锂硫电池的性能明显提升。功能化设计可避免MXene材料自堆叠等缺陷,调控其对多硫化物的吸附强度,并赋予MXene催化多硫化物氧化还原反应的功能。本文综述了功能化MXene材料目前主要的制备方式及其对表面官能团的影响,分析了功能化MXene对多硫化物的吸附作用和对穿梭效应的抑制机制及对氧化还原反应动力学的提升机理,讨论了MXene材料在锂硫电池应用中可能存在的问题和改性前景。

提升碱化MXene材料性能的策略综述

拥有片层结构的二维过渡金属氮化物和碳化物(MXene)纳米材料是新发现的一种二维材料,可以通过氢氧化钠处理改变MXene材料表面的官能团和官能团的数量,经碱处理过的MXene材料拥有更优良的电化学、吸附等性能,可应用于能量储存和转换、光电催化、柔性传感器等领域。对提升碱化MXene材料性能的策略进行综述。首先可以通过十八烷基胺、氨基、金属离子等小分子修饰碱化MXene材料,还可以通过碱化MXene与金属材料、金属化合物、非金属材料、高分子材料等复合得到复合材料从而提升其性能。还对碱化MXene的发展提出了建议,认为调控碱化MXene材料的性能并降低碱化MXene材料的生产成本是拓展碱化MXene材料实际应用的主要方向。

Nb_(2)C MXene薄膜眼部植入体的生物相容性

采用四氟硼酸(HBF4)与氢氟酸(HF)复合酸蚀刻和真空抽滤法制备Nb_(2)C MXene薄膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱(XPS)等方法表征Nb_(2)C MXene的表面结构、性质和组成。通过体内和体外实验评价Nb_(2)C MXene薄膜的生物相容性。结果表明,Nb_(2)C MXene具有层状、微纳表面结构,表面富集大量羟基。相比于对照组,1mg/mL Nb_(2)C MXene培养的结膜成纤维细胞增殖率达到72.15%(p<0.05)。Nb_(2)C MXene的细胞毒性评估为0级(p>0.05),其溶血率为0.38%(<5%)。Nb_(2)C MXene薄膜降低兔眼组织的炎症和氧化应激反应,在不诱导纤维化的情况下促进伤口愈合,其微纳表面促进细胞的黏附和增殖,表现出良好的生物相容性。

Ti_(3)C_(2)系MXene原位制备方法的研究及其二维膜的结构调控

作为具有代表性的二维纳米材料之一,MXene通过层层堆叠可以构建具有分子筛分通道的新型二维分离膜。利用氟化锂/盐酸原位生成氢氟酸的方法,系统地研究了刻蚀液浓度对碳化钛(Ti_(3)C_(2))系MXene纳米片结构的影响,并利用热处理探究了MXene二维膜的结构演变。结果表明,当刻蚀剂中F^(-)的摩尔质量是Al^(3+)的7倍及以上时,能获得较好的单层MXene,且纳米片层之间的层间距随着刻蚀剂中F^(-)浓度的提高而增大;利用热自交联反应,可以在增强纳米片层与片层之间作用力的同时,改变纳米片的层间距。