【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)，以實現(xiàn)出色的性能和多種應用。由于過渡金屬碳(氮)化物(MXene)獨特地結合了親水性、高電導率和光熱轉換能力，已經(jīng)在電磁屏蔽、環(huán)境修復、光動力診療和光熱水蒸發(fā)等領域得到廣泛應用。
 

　　MXeneTi3C2Tx的液相剝離通常從選擇性蝕刻(如HF或電化學蝕刻)開始，然后在水或有機溶劑(如乙醇和二甲亞砜)中進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)的超聲方法能夠實現(xiàn)MXene高產率剝離，但這種方式會將其分解至亞微米尺寸甚至量子點，從而犧牲了其大尺寸、化學穩(wěn)定性和更廣泛的應用。
 

　　近日，中國科學院青島生物能源與過程研究所研究員李朝旭團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上，發(fā)現(xiàn)剛性生物質納米纖維結合微機械剪切，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力傳遞到多層MXene表面，促進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4-6 μm的MXene納米片，并且在2小時內剝離率可達64%。生物質納米纖維包覆MXene納米片，實現(xiàn)了膠體和化學穩(wěn)定性的提高。所制備的MXene與納米纖維復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械性能和化學穩(wěn)定性的復合薄膜和氣凝膠材料等。
 

　　MXene出色的光熱轉化特性在光熱蒸發(fā)的應用中具有巨大潛力。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)電電壓的產生。這種生物質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，而且還有望實現(xiàn)光熱水蒸發(fā)和電能的同步收集。
 

　　相關研究成果近期發(fā)表在《美國化學學會-納米》(ACS Nano)上。研究工作獲得了國家自然科學基金、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)新促進會等項目的支持。
 

生物質納米纖維助力MXene納米片高效剝離及其復合材料的構筑