【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，空間電源全國重點實驗室成員、我?；づc化學學院樊志敏帶領(lǐng)團隊在二維MXene材料規(guī)模化制備領(lǐng)域取得重要進展，成功開發(fā)出一種基于高溫超聲的剝離技術(shù)，實現(xiàn)了單層MXene的高效、高產(chǎn)率制備。相關(guān)成果以《從多層MXene實現(xiàn)可擴展的高產(chǎn)單層MXene制備及其多種應用》(Scalable, High-Yield Monolayer MXene Preparation from Multilayer MXene for Many Applications)為題發(fā)表在《德國應用化學》(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)出巨大的市場潛力。作為其中最具前景的材料之一，MXene因其優(yōu)異的導電性、親水性和力學性能迅速成為研究焦點。然而，當前單層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，嚴重制約了其在實際工業(yè)中的應用推廣。因此，實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的單層MXene高產(chǎn)率制備，已成為推動MXene大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。
 

　　團隊經(jīng)多年研究發(fā)現(xiàn)，多層MXene終端的含氧官能團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95%，產(chǎn)量遠超傳統(tǒng)方法。
 

　　運用該技術(shù)制備的高產(chǎn)率單層MXene在物理和化學性能上與傳統(tǒng)工藝制備出的相同，確保了其在實際應用中的可行性和可靠性。團隊進一步將這一工藝運用到百克級的生產(chǎn)規(guī)模，穩(wěn)定實現(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用中表現(xiàn)出色。
 

　　哈工大化工與化學學院為論文第一完成單位和通訊單位。
 

　　該研究獲國家自然科學基金和黑龍江省重點研發(fā)計劃資助。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