二維MXene材料
關注創建者：金fanfan銀fanfan 創建時間：2019-01-02
二維MXene材料的實例教程
二維MXene材料，由于具有良好的導電性和豐富的表面化學性質，在電催化領域具有廣泛的應用前景，但在電催化氧還原領域鮮有報道。
中國科學院上海硅酸鹽研究所施劍林研究員課題組通過HF酸刻蝕和TPAOH插層兩步法，用MAX陶瓷制備了具有二維層狀結構的MXene相Ti3C2材料，并將其用作氧還原電催化劑。制備的二維Ti3C2材料厚度為
0.5–2.0?nm，
表明該材料的層數為1~2層。
CV、LSV、RRDE等測試表明, 該二維Ti3C2材料具有良好的ORR性能和穩定性，有望用于構建高性能、低成本的電催化劑。
圖1 二維層狀結構的MXene相Ti3C2材料的制備及其形貌
圖2 二維Ti3C2材料的ORR穩定性及其機理
Science China Materials
, 2018, doi:10.1007/s40843-018-9378-3
展開 MXene復合體系HER研究
在電催化方面，研究表明不同官能團對于MXene電催化性能有著十分顯著的影響，其課題組通過實驗和理論兩方面進行驗證發現表面覆蓋氟官能團的MXene材料對于產氫催化有著積極地影響。在實驗上，Mo2C是一種最為常見的電催化MXene材料，諸如Mo2C/2D-NPCs、氮摻雜的Mo2C[8]納米片都表現出了很好的電催化性能。
2.3 MXene在CO2RR催化方面的研究
圖8. MXene在
CO2
RR方面的理論研究
李能教授課題組從新型二維材料MXene 的表界面結構的結構計算設計出發、深入研究CO2捕獲與光催化還原的電子輸運物理機制，提出實現新型的高效光催化還原CO2材料體系的策略；研究了在酸性條件下，MXene-Tx(T=OH)中的羥基還原成H2O 的電化學機理，從理論上證明了形成干凈的MXene 表面的可行性。同時，武漢理工大學余家國課題組合成了2D/2D超薄Ti3C2/Bi2WO6異質結納米復合材料，發現其在CO2RR方面催化性能有有明顯的提升。
2.4. MXene在N2RR及其他環境催化方面的研究
李能教授及其合作者，運用第一性原理計算，證實了MXene 能作為良好的催化還原N2為人工合成氨的載體；同時在有機污染物降解方面，解修強等人合成了Ti3C2/CdS 2D/2D復合材料，Ti3C2Tx助催化劑不僅用為電子介體增強對CdS中電子的提取，也抑制了空穴的光腐蝕作用，使得電子的壽命得到了提升。
展開 MXene是一種新型的二維（2D）過渡金屬碳化物或碳氮化物材料，2011年被美國德雷塞爾大學的Gogotsi教授通過選擇性刻蝕 MAX 相中的金屬A元素而制備，其化學通式是Mn+1XnTx（n=1, 2, 3），其中M為早期過渡金屬元素，X為碳或氮元素, T表示表面的-OH、-O-等活性官能團；MXene具有獨特的二維層狀結構、較大的比表面積、優異的力學性能、電學性能、易表面功能化等優勢，在儲能材料、電磁屏蔽、復合材料、阻燃材料、氣體分離與捕集等多個領域均展現出良好的應用潛力。還存在以下問題亟待解決：一是MXene納米片表面能高，易發生團聚堆疊，從而失去了原有納米片優異的物化性能；二是表面容易被氧化，尤其在水與氧氣共存的條件下，一周之內便被氧化，從納米片邊緣逐漸向中間生成銳鈦礦，因而失去了MXene納米片的固有優勢，極大限制了MXene納米片性能的發揮及其進一步較大規模應用。
為了解決上述難題，西北工業大學化學與化工學院鄭亞萍教授團隊開展了一系列研究工作：通過頸狀層-冠狀層共價接枝策略構筑MXene無溶劑納米流體（Chem. Eng. J.,2021, 419, 128082），采用原位耦合方法合成多孔碳流體（Small, 2021, 17, 2006687），通過離子鍵接枝策略制備MOF多孔液體用于氣體捕集（Chem. Eng. J., 2021, 416, 127625）；采用共價修飾方法構筑UiO-66多孔液體用于CO2捕集（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, 13, 2600），通過雙陽離子策略構筑低粘度ZIF-8多孔液體用于氣體吸附與VOCs吸附（Chem. Eng. J.,2021, 417, 129239）。
展開 因此，尋求工程材料以在低頻下最大化一種或多種損耗機制，同時保持光學和紅外頻率下的透明性。設計此類材料的潛在挑戰主要是由于：（a）對填料，基體和相間的形態和內在特性如何影響電荷傳輸特性并補償吸收損耗缺乏了解；（b）透明度和EMI-SE的根本相反要求，并且缺乏有關優化特性的設計和配置的知識；（c）缺乏健全的理論和計算框架，無法為多種長度尺度的材料選擇和性能優化提供指導。
【圖文解析】
基于MXenes的多功能結構納米復合材料
二維平面結構（例如石墨烯和MXenes）具有大的長寬比，出色的導電性和良好的機械性能，這些都為高性能EMI屏蔽材料展示了廣闊的前景。與石墨烯片的均質成分不同，MXene（Mn+1XnTx，其中M =早期過渡金屬，X=碳和/或氮，Tx=功能性表面終端）是一類較大的2D碳化物，氮化物和碳氮化物，具有到目前為止，理論上可以預測70種不同的成分，而實驗上可以合成30多種不同的成分。
擁有如此廣闊的設計空間，可以根據元素組成，表面化學（邊緣與基礎），相間，形態和3D架構對性能進行微調。MXene的一些屬性包括出色的金屬導電性，親水性，出色的機械性能和有效的表面官能團。結果，對于同時需要高電導率和易于加工的應用，多次選擇了MXene。最近，Yun等結果表明，在EMI-SE方面，高度剝落的MXenes優于石墨烯及其衍生物。溶劑型剝離系統的主要區別之一是與石墨烯相比，Ti3C2Tx的電導率更高。加工過程中不可避免的表面缺陷會大大降低石墨烯的電導率；盡管這種現象似乎在多層多層Ti3C2Tx中不那么明顯，但具體機理尚不清楚。（Adv. Mater. 2020, 32, 1906769）。
用于潛在電磁干擾類型應用的MXene的研究蓬勃發展。
展開 嚴重的電磁干擾(EMI)不僅會干擾電子設備的正常工作，而且會對人體健康和其他生物系統產生不利影響因此，人們致力于通過制造各種具有獨特結構特性的電磁干擾屏蔽材料來緩解電磁輻射問題。
在報道的電磁干擾屏蔽材料中，金屬基箔/薄膜(如銅箔，鋁箔和MXene薄膜)具有優異的導電性，但通常存在一些缺點(如耐腐蝕性差和質量密度高)，這在一定程度上阻礙了它們的實際應用。另一方面，具有輕量化和多孔結構的雜化二維導電材料(如還原氧化石墨烯(rGO)/ MXene,Ti3C2Tx/rGO和Ti3C2Tx/碳納米片)已被認為是EMI屏蔽應用的有希望的候選者。
然而，由于含有豐富的含氧官能團，通常會導致復合膜的導電性較差，屏蔽電磁干擾的效果(SE)較低。此外，將低維導電填料(例如，1D碳納米管， 2D氧化石墨烯， 2D石墨烯納米片，和2D MXene)摻入電絕緣聚合物中構建的導電聚合物復合材料(CPCs)被認為是替代EMI屏蔽候選材料，但這些CPCs的EMI SE值仍然令人不滿意。因此，開發具有獨特結構特性和提高電磁干擾屏蔽效果的新型電磁干擾屏蔽材料是迫切需要的。
與一維和二維導電填料相比，具有相互連接的多孔網絡的三維石墨烯泡沫/薄膜由于其輕量化和優異的導電性和導熱性等優點，已被用于EMI屏蔽和熱管理應用。盡管取得了相關進展，但大多數的柔性EMI屏蔽泡沫/薄膜仍然遇到一些缺點，例如導電性差，熱穩定性不理想，SE不足(通常<60 dB)，以及較小厚度下的特定SE (SE/密度/厚度，SSE/t)，這限制了它們的進一步應用。在這種情況下，設計和開發具有卓越EMI屏蔽和焦耳加熱性能的柔性材料，仍然是一個巨大的挑戰。
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來源 | ACS Applied Nano Materials
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背景介紹
隨著無線通信平臺和便攜式電子產品向高集成度、小型化、輕量化、高功率密度方向快速發展，全球電磁輻射污染日益嚴重。嚴重的電磁干擾(EMI)不僅會干擾電子設備的正常工作，而且會對人體健康和其他生物系統產生不利影響因此，人們致力于通過制造各種具有獨特結構特性的電磁干擾屏蔽材料來緩解電磁輻射問題
009 - COMSOL含Kerr材料的二維光子晶體波導（僅包含模型文件，40元）
基本介紹：
主要內容：根據發表在Journal of Modern Optics上的文獻《A novel proposal for all-optical compact and fast XOR/XNOR gate based on photonic crystal 作者：Golnaz Tavakoli
西班牙《世界報》網站近日報道稱，芯片危機影響到了幾乎所有的工業活動，從汽車到手機或視頻游戲的制造。最糟糕的是沒有人知道它什么時候結束。
報道表示，芯片危機在最糟糕的時刻爆發了——第6波疫情、交通支出泡沫和各種不可預測的不幸（日本工廠火災、美國得克薩斯州風暴等
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2021年日本政府決定將福島事故核廢水排入太平洋，這一舉動重新引起了國際社會對于核廢水中銫Cs+等重金屬離子處理方法的關注。蛭石（Vermiculite）作為一種地表中常見的層狀黏土礦物，儲量大、價格低廉，在核廢水處理中有著重要潛在應用。但銫離子在大塊蛭石層間擴散時，層間距易崩塌，導致塊體蛭石無法快速吸收Cs+離子，極大限制了二維礦物材料在核廢水處理中的應用
武培怡教授課題組近年來圍繞MXene等二維材料的制備及應用取得了一系列研究進展：首次提出凍融法高效制備大尺寸的MXene，并通過掩模板法組裝了高性能的平面微型超級電容器器件 (Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 1910048.)
接枝的低聚物OS-AO賦予了Ti3C2Tx MXene優異的室溫流動性，這種流動性的顯著優勢極大程度上解決了二維MXene材料在某些聚合物基質中作為納米填料時分散性差的難題，同時流動性也增加了MXene的可處理能力，有利于實現較大規模的工業應用；此外，所接枝的OS-AO將Ti3C2Tx MXene表面的易氧化活性位點-OH保護起來，結果顯示在空氣中靜置570天后，Ti3C2Tx MXene仍然保留了原有結構
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研究背景
二維材料家族涵蓋了絕緣體、半導體、金屬和超導體，并展現出許多不同于三維材料的獨特物性
