MXene/聚合物薄膜的制备、性质及其应用

科技工作者之家 2020-02-27

来源:X一MOL资讯

作为一种新型二维材料,过渡金属碳/氮化物(MXene)自2011年被首次报道以来,凭借其优异的特性,迅速引起了科研工作者们的广泛关注。MXene是由n+1层过渡金属原子(M)和n 层碳或氮(X)原子构成,其通式可以写作Mn+1XnTx,式中n取值为1、2或3,代表三种MXene材料的原子排列类型,T指的是与材料表面键合的官能团。由于体系丰富的化学组成,至今已经有三十多种MXene被成功制备,同时理论计算表明仍有多种可能存在的MXene有待开发。由于MXene独特的物理和化学性质,在催化、传感、储能等领域都具有广阔的应用前景。

研究表明,MXene在自然环境中容易发生氧化降解,限制了MXene材料的发展。将MXene与其他材料复合能够有效提高MXene的环境稳定性,进一步拓宽其实际应用范围。其中,聚合物具有制备简单、价格低廉以及功能可调等优点,将聚合物与MXene结合制备复合薄膜成为了当下研究的热点之一,有望实现MXene材料在工业生产中的大规模运用。

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图1. MXene/聚合物薄膜的制备方法及相关应用总结:饼图的大小代表了制备方法和实际应用的相关论文占总发表论文的比重。
近期,深圳大学特聘教授张晗课题组在材料化学领域国际著名期刊Chemistry of Materials上发表题为“MXene/Polymer Membranes: Synthesis, Properties, and Emerging Applications”的长篇综述,首次对MXene/聚合物薄膜的制备、性能及其实际应用进行了系统的归纳总结。
该综述主要分为六大部分:(1)MXene本体的合成方法:选择性刻蚀MAX或非MAX前驱体以及自下而上的CVD生长法;(2)MXene本体的性质研究:电子性质、机械性能以及稳定性等;(3)MXene/聚合物薄膜的制备方法:真空辅助抽滤(VAF)、溶液浇膜(DC)、热压成膜(HP)、层层自组装、静电纺丝以及电化学沉积等;(4)MXene/聚合物薄膜的性质研究:机械性能、热性能、电性能以及气体阻隔等;(5)MXene/聚合物薄膜的实际应用:过滤媒介、电磁屏蔽、传感器、超级电容器以及纳米发电机等;(6)MXene/聚合物薄膜发展面临的挑战与机遇:通过归纳总结MXene/聚合物薄膜的制备工艺,为新型MXene/聚合物薄膜的设计提供思路,例如在聚合过程中加入未经插层剥离的MXene块体,实现MXene/聚合物薄膜的量化制备;通过建立合适的模型,研究MXene与聚合物的作用机制,结合实验结果揭示MXene与聚合物协同作用对MXene/聚合物薄膜性能的影响;目前主要应用于制备MXene/聚合物薄膜的是研究相对成熟的Ti3C2材料,考虑到MXene材料的多样性,可以探索其他元素MXene材料的引入,结合聚合物本身的多功能性,实现高性能MXene/聚合物薄膜的制备。
该综述论文近期发表在Chemistry of Materials上,第一作者是深圳大学博士后高凌锋博士,通讯作者为深圳大学二维材料光电科技联合实验室张晗特聘教授。该工作得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金资助、广东省科技计划项目、深圳市科学技术创新基金等项目的支持。
原文:MXene/Polymer Membranes: Synthesis, Properties, and Emerging ApplicationsLingfeng Gao, Chao Li, Weichun Huang, Shan Mei, Han Lin, Qi Ou, Ye Zhang, Jia Guo, Feng Zhang, Shixiang Xu, Han ZhangChem. Mater., 2020, DOI: 10.1021/acs.chemmater.9b04408

张晗教授简介
深圳大学特聘教授、深圳市黑磷工程实验室主任、博士生导师。美国光学学会会士、基金委“优青”、科睿唯安“高被引科学家(2018/2019)”、广东省科技领军人才等。长期从事低维材料光电器件相关研究,以通讯作者发表中科院一区论文超过100篇,包括Chemical Society Reviews, Coordination Chemistry Reviews, Physics Reports, PNAS, Science Advance, Nature Communications等,论文总被引超过26000次,H-index指数85。张晗教授担任多个SCI期刊专题主编/编委、中国激光青年编委会秘书长、全国光学青年学术论坛第二届主席团副主席。科研成果获得教育部自然科学二等奖、中国产学研合作创新奖、中国光学十大进展、广东省丁颖科技奖、深圳市青年科技奖、深圳市自然科学奖等。

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