【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，空間電源全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成員、我校化工與化學(xué)學(xué)院樊志敏帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在二維MXene材料規(guī)模化制備領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，成功開發(fā)出一種基于高溫超聲的剝離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了單層MXene的高效、高產(chǎn)率制備。相關(guān)成果以《從多層MXene實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的高產(chǎn)單層MXene制備及其多種應(yīng)用》(Scalable, High-Yield Monolayer MXene Preparation from Multilayer MXene for Many Applications)為題發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie International Edition)上。該研究拓寬了MXene在智能可穿戴設(shè)備、能源器件等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。
 

　　二維材料正在引領(lǐng)新材料領(lǐng)域的革新浪潮，可加速全球產(chǎn)業(yè)升級(jí)和技術(shù)創(chuàng)新，尤其在新能源、航空航天、柔性電子和生物醫(yī)療等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的市場(chǎng)潛力。作為其中最具前景的材料之一，MXene因其優(yōu)異的導(dǎo)電性、親水性和力學(xué)性能迅速成為研究焦點(diǎn)。然而，當(dāng)前單層MXene的制備面臨產(chǎn)率低、批次間質(zhì)量和性能不穩(wěn)定問題，嚴(yán)重制約了其在實(shí)際工業(yè)中的應(yīng)用推廣。因此，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的單層MXene高產(chǎn)率制備，已成為推動(dòng)MXene大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。
 

　　團(tuán)隊(duì)經(jīng)多年研究發(fā)現(xiàn)，多層MXene終端的含氧官能團(tuán)與水分子之間形成的氫鍵籠結(jié)構(gòu)是阻礙其難以高效剝離的重要原因。在70°C和適中的超聲功率條件下，氫鍵籠約束被顯著削弱，使得超聲空化產(chǎn)生的微氣泡能更容易滲透到多層MXene的層間，從而實(shí)現(xiàn)溫和且徹底的剝離。通過這一方法，僅需數(shù)十分鐘便可高效制備出高質(zhì)量和大尺寸的單層MXene，產(chǎn)率高達(dá)95%，產(chǎn)量遠(yuǎn)超傳統(tǒng)方法。
 

　　運(yùn)用該技術(shù)制備的高產(chǎn)率單層MXene在物理和化學(xué)性能上與傳統(tǒng)工藝制備出的相同，確保了其在實(shí)際應(yīng)用中的可行性和可靠性。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將這一工藝運(yùn)用到百克級(jí)的生產(chǎn)規(guī)模，穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)了超過90%的高產(chǎn)率，為MXene的工業(yè)化生產(chǎn)提供支撐。此外，運(yùn)用高產(chǎn)率單層MXene制備的高濃度墨水展現(xiàn)出卓越的印刷和加工性能，相關(guān)產(chǎn)品在紅外隱身和焦耳加熱等應(yīng)用中表現(xiàn)出色。
 

　　哈工大化工與化學(xué)學(xué)院為論文第一完成單位和通訊單位。
 

　　該研究獲國(guó)家自然科學(xué)基金和黑龍江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助。哈工大全媒體(梁英爽 石香香 文/圖)
 

論文發(fā)表頁面
 

高溫超聲克服氫鍵籠約束過程