MXene终端基团改性研究与应用进展

新型二维过渡金属碳化物/氮化物/碳氮化物MXene因其优异的结构特征和性能,逐渐成为当前低维材料的研究热点.MXene表面丰富的终端基团结构为其后续的改性研究提供了基础.在MXene片层表面通过改性去除或引入某些官能团,可实现MXene结构的可控调节,增加离子输运通道,扩大电荷存储容量,增强材料某项特性或获得其他特殊性...     

MXene材料储能应用研究进展

MXene是一种新型的二维过渡金属碳化物或碳氮化物,具有类似石墨烯的二维结构.MXene因其独特的物理和化学特性,以及在储能、催化、电子与光电子等领域中的良好应用前景而受到广泛关注.介绍了MXene材料的制备、表征以及在锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池和超级电容器等储能器件上的最新研究成果.最后,对MXene材料的未来发展和挑战进行了介绍.     

微氧化MXene/MoS2复合膜分离净化效能及稳定性增强机制研究

二维纳米材料由于优异的理化性质和易于调控的特点,在新型膜材料的开发与应用中受到了广泛关注.基于二维材料层层堆叠可以制备二维膜,而如何对二维膜进行结构性能上的改进是目前该领域聚焦的前沿问题.MXene膜是一种新型二维膜,在分离净化领域具有较大应用潜力.然而,目前MXene膜的分离净化效能主要受到膜的结构稳定性和改性方法的限制.本研究采用了通过异质纳米材料MoS₂插层,随后进行温和且快速预氧化,可获得稳定的纳米层状结构,从而得到一种MXene(Ti₃C₂T_x)/MoS₂高性能复合膜.MXene/MoS₂复合膜的水通量显著提高,对目标污染物染料的去除率高达99.9%.与未氧化的MXene膜相比,复合膜对NaCl和MgCl₂的渗透抑制效率分别提高了48.4%和82.0%.此外,复合膜在结构/外观和通量方面表现出长期的稳定性.因此,利用预氧化/插层法制备的复合膜对MXene膜结构调控和性能优化提供了新策略和新思路.     

MXene及其金属复合物在光催化方面的研究进展

近年来,二维(2D)过渡金属碳化物/氮化物(MXene)一直是热门研究领域.MXene最早来源于层状三元碳/氮化物(MAX相)材料的剥离.最初合成的MXene材料是多层的,随着研究的深入,研究人员研发出了制备单层MXene的方法.MXene材料的合成方法不断更新和改进,旨在获得更高质量的MXene材料,并探索其在光催化等领域的应用.由于MXene材料本身的局限性,使其在应用方面有待提高.而贵金属MXene复合材料作为稳定、高效、高活性的催化剂显现出良好的性能.因此,研究者期望将贵金属结合到MXene体系从而应用于实际.本文简要介绍了MXene的相关应用,主要综述了MXene及贵金属MXene复合材料在光催化领域的应用.同时综述了运用多种方法将贵金属负载在MXene材料上的简便合成策略,并对MXene的研究现状、应用方向和未来发展进行了探讨.     

面向电磁屏蔽的MXene基膜材料研究进展

MXene是一类新型二维过渡金属碳化物和/或氮化物纳米材料，具有超高的比表面积、电导率、载流子迁移率与优异的力学性能.此外，由于其表面有羟基或末端氧，这种活动表面使其易被组装形成多种结构的材料.其中，膜材料易于制备、电导率高、质轻，使其在电磁屏蔽领域有着广泛的应用.首先介绍了MXene纳米片与MXene基薄膜的制备方法，总结了各种方法的优缺点；其次，介绍了MXene在电磁干扰屏蔽膜中的应用，分析了当前的发展趋势，归纳了MXene基复合薄膜的特点；最后，提出了目前MXene基复合薄膜的发展所存在的问题，并对未来发展进行了展望.     

PVA诱导Ti3C2Tx MXene交联构筑三维结构电极及其储锂性能研究

MXene因其二维层状结构在锂离子电池负极材料研究领域展现出独特的优势,然而MXene片层间有很强的范德瓦尔斯力,导致了其发生堆叠,制约了其储锂性能表现.基于冷冻干燥技术制备了不同PVA含量的Ti3 C2 Tx MXene气凝胶,构筑了具有三维结构的电解液输运通道.借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和共聚焦显微拉曼光谱仪(Raman)对气凝胶的微观结构与形貌进行了表征.储锂性能评估表明P400样品具有最高的比容量,其值为252.702 mA·h/g,在200圈充放电循环后,比容量依然能够保持在154.410 mA·h/g.发现随着PVA引入量增加使MXene交联行为增强,Ti3C2Tx MXene气凝胶空隙增大,有序度提高,进而优化了离子输运行为,提高了其储锂性能.该工作为基于二维MXene纳米片构筑三维结构电极提供了基础设计指导,为开发多孔结构电极提供了设计思路.     

Rh/Ti3C2Tx MXene催化剂用于氨硼烷催化产氢

二维过渡金属碳/氮化合物基（MXene）催化剂对于水解产氢反应具有优异的催化活性.以二维过渡金属碳化钛（Ti₃C₂T_x MXene）材料为载体,采用原位还原法,制备了超高分散度的二维Ti₃C₂T_x MXene材料担载的金属铑（Rh）催化剂（Rh/Ti₃C₂T_x MXene）.利用单层二维Ti₃C₂T_x MXene材料高度暴露的表面,实现了Rh亚纳米团簇的高度分散.在常压的温和条件下,将制得的Rh/Ti₃C₂T_x MXene催化剂用于氨硼烷的常温分解.在35℃,0.1 MPa的条件下,氨硼烷可以在3 min内完全实现氢气（H₂）的释放.催化剂的结构表征证明：Rh亚纳米团簇的平均尺寸约为0.66 nm.构效关系研究表明：二维Ti₃C₂T_x MXene载体表面高度暴露的碳钛键（C-Ti）结构可以起到锚定和高度分散Rh亚纳米团簇的作用.     

三维结构化石墨烯及其复合材料

石墨烯是由单层碳原子组成的新型二维碳纳米材料,因具有诸多优良的理化性质而广受关注.三维结构化石墨烯是通过对二维片状石墨烯材料进行弯曲、组装获得的一类结构材料,可有效调控石墨烯的电学、光学、化学、机械和催化特性.基于三维石墨烯及其复合材料构建的器件在储能、传感、催化等方面表现出更为突出的性能.因而,制备和应用三维石墨烯材料已经成为当前的研究热点.文中介绍了三维石墨烯及其复合材料的结构类型,并简要评述了目前三维石墨烯材料应用中所面临的挑战和发展前景.     

中空ZnSn(OH)_6/Ti_3C_2 MXene纳米复合材料电化学传感器的构建及检测呋喃西林

通过一步水热法制备中空ZnSn(OH)_6微球,将其与二维Ti_3C_2 MXene纳米片复合后获得ZnSn(OH)_6/Ti_3C_2 MXene纳米复合材料,并由此构建了新型的电化学传感器.采用循环伏安法研究了呋喃西林在该传感器上的不可逆氧化峰.其伏安过程为受吸附控制的过程,氧化反应电荷转移数为2.利用微分脉冲伏安法对呋喃西林进行定量分析,结果表明,由于ZnSn(OH)_6微球和二维Ti_3C_2 MXene的协同作用,该传感器对呋喃西林的电化学氧化具有显著催化作用.呋喃西林的浓度在0.5～70μmol/L范围内与其氧化峰电流有良好的线性关系,检出限为0.16!μmol/L(R_(SN)=3).该传感器对呋喃西林的测定具有良好的重现性,相对标准偏差(RSD)(n=10)仅3.4%.将该传感平台成功用于动物源食品的分析,回收率在92.0%"107%之间.     

二维Ti3C2Tx MXene材料的制备与工艺优化

二维（2D）过渡金属碳/氮化物（MXene）材料是当前最受关注的二维材料之一,其中二维碳化钛（Ti₃C₂T_x MXene）材料的研究最为广泛。该材料目前主要通过刻蚀三元碳化物或氮化物（MAX相）后进一步插层得到,因此MAX相材料的纯度和制备工艺条件直接决定了Ti₃C₂T_x MXene材料的物化性质。主要完成了不同Ti₃AlC₂ MAX相材料的筛选,选择氢氟酸（HF）刻蚀,并优化了不同的插层方法,制备了一系列Ti₃C₂T_x MXene材料。通过X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）、透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）和X射线光电子能谱（XPS）等表征,确定使用原位锂离子（Li⁺）插层法可有效获得单层Ti₃C₂T_x MXene材料。制备的单层Ti₃C₂T_x MXene材料的表面平整,片径约为150 nm,厚度约为2 nm。同时,创新性地采用涡旋震荡辅助材料分层,极大地缩短了超声时间,提高了单层Ti₃C₂T_x MXene材料的产率（可达70%）,并且可以避免材料氧化,为Ti₃C₂T_x MXene材料未来应用提供了新方法。     

磁性氧化石墨烯的制备及对铜离子吸附性能的研究

以Hummers法制备二维氧化石墨烯,并通过原位合成Fe_3O_4赋予氧化石墨烯以磁性,得到具有良好铜离子吸附效率和高磁性的磁性氧化石墨烯材料.以NH_3·H_2O-NH_4Cl缓冲溶液替代碱液,克服了传统制备方法中由于体系pH值持续降低导致产品性能下降的缺陷.透射电镜测试结果表明,该材料具有良好的二维片层结构.磁学及吸附测试结果表明,该材料具有强磁性和优异的Cu~(2+)吸附性能.吸附动力学表明符合准二级吸附动力学模型,属于基于化学吸附机理控制速率的吸附方式.     

石墨烯透明导电薄膜的研究进展

石墨烯是目前发现的唯一存在的二维原子晶体,在薄膜制备中具有很多优点,如高化学和机械稳定性、高透光率、良好的导电性、优异的柔韧性以及原料廉价等,因而被认为是制备透明导电薄膜最有前途的材料之一.文中主要针对单层石墨烯的制备以及石墨烯基透明导电薄膜的研究进展进行综述,并对其发展前景进行展望.     

超宽禁带二维半导体材料与器件研究进展

超宽禁带二维半导体作为二维材料研究领域的前沿之一,在紧跟第三、四代半导体朝着大带隙、大功率方向发展的同时,也为集成电路往小体积、高集成度方向的探索提供了思路.根据晶体堆积是否为范德华层状结构,超宽禁带二维半导体在材料层面的研究内容一方面是将已有的或成熟的非层状材料通过各种限制手段将第三维度压制在纳米量级,另一方面则是探索新型的范德华层状材料通过生长或剥离的方式得到其单层或少层结构.从器件层面看,超宽禁带二维半导体无论是以独立形式还是两两组合叠成异质结,形成的器件大多都以探测紫外波段的电磁辐射为目的,进一步可以做成包括成像系统、数字通讯等在内的光学传感器.若是辅助以柔性衬底,那么二维材料将发挥天然的可弯折优势,被广泛应用到柔性场效应晶体管、柔性紫外探测器、显示器等可穿戴电子器件中.而当材料有对外界刺激(如光照)表现出“记忆”特性时,说明可以将材料用于类神经突触传感或神经网络学习.此外,超宽禁带二维半导体中具有超大带隙的部分材料是极具潜力的电介质,它们往往拥有远比氧化硅大的介电常数与击穿电压,在减薄器件体积的同时也优化了器件的性能.最后,少数超宽禁带二维半导体是许多材料制备过程中的衬底,它...     

单层Si3N作为钠/钾离子电池的高容量阳极材料的可行性研究

采用密度泛函理论(DFT)研究了二维单层Si₃N作为离子电池阳极材料的相关性能.零带隙能带结构表明,单层Si₃N具有金属特性,金属的高导电能力有利于其作为阳极材料.计算结果表明,单层Si₃N对于钠和钾的理论容量分别为1 230 mAh·g^-1和889 mAh·g^-1.与此同时,该材料对钠和钾的理论能量密度分别为1 090 mWh·g^-1和576 mWh·g^-1,高于之前一些报道的二维阳极材料.此外,钠、钾原子在单层Si₃N上的扩散势垒分别为0.30,0.38 eV,表明该材料具有非常高的充放电速率,且在吸附过程中,Si₃N一直保持着良好的金属特性和结构完整性,这些性质使其具有良好的电池工作循环性能.以上结果表明,单层Si₃N是理想的钠/钾离子电池阳极材料.     

新型四配位硅基材料的结构与性质

硅基半导体已广泛用于光电转化和现代通信等不同领域,新型硅基材料的发展,有助于应对功能材料在现代科技领域面临的挑战.本文主要介绍本课题组近年来在新型四配位硅基材料领域中的理论设计与计算模拟,包括新型四面体硅基材料和平面四配位硅基二维单层材料.基于Si(C≡C)_4结构单元,设计了一系列类金刚石结构的宽带隙半导体材料,预测了它们的结构、光电及力学性质,分析了平面四配位硅的成键特征及其稳定化策略,探讨了含平面四配位硅的二维单层材料在锂离子电池和CO_2活化转化中的应用.     

石墨烯复合纳米材料在环境水体修复中的研究与应用

石墨烯作为sp2碳原子组成的一种新型二维纳米材料,具有独特的光学和电学性质,已经成为了材料学、分析化学、环境化学、能量储存等领域的研究热点,并且在环境污染物的分析检测及修复等方面具有很大的潜力,已经得到了许多振奋人心的研究成果。本文在阐述石墨烯结构、特性及其功能化的基础上,对石墨烯纳米材料在环境水体修复方面的研究进行了简要概述,同时展望了其在环境水体修复中的发展前景及方向。     

低维氮化硼纳米材料

低维碳纳米材料的广泛研究,引起了人们对于纳米尺度范围内不同维度的同素异形体材料的极大关注.氮化硼纳米材料具有与碳纳米材料类似的结构,但具有完全不同的性质.不同于金属性和半导体性的碳纳米管,氮化硼纳米管是一种电绝缘体,其带隙不依赖于管子的几何构型,它具有高的热传导率、优异的化学稳定性和良好的机械性能.二维的氮化硼纳米薄膜具有同样的优点.这些独特的性能使得氮化硼纳米管和纳米薄膜在各种潜在的领域,如光电子器件、功能复合材料、储氢,催化等,具有重要的应用前景.本文概述了我们在一维氮化硼纳米管、二维氮化硼纳米薄膜方面的一些理论研究,包括氮化硼纳米管与单层材料的结构、缺陷、化学修饰、气体吸附以及三维氮化硼纳米超结构.     

二维材料的非线性光学性质

二维材料由于其独特的结构与物理性质具有广阔的应用潜力,在光子学、光电子学、电子学等许多方面已经取得了很大的进展.最近,大数据、光网络、微型光开关等方面的应用需求直接或间接促进了二维材料非线性光学性质方面的研究工作.本文综述了二维材料(包括单层、少层和悬浮液等)的非线性光学性质研究进展:首先简单介绍了几种常见的二维材料(石墨烯、过渡金属硫族化合物、黑磷等)和非线性光学的基本理论,然后主要介绍了二维材料在不同非线性效应(参量过程包括二次谐波、三次谐波和四波混频等,非参量过程包括饱和吸收、双/多光子吸收和非线性折射等)中的发展现状,并在相应部分对这些微纳材料在非线性光学领域的应用前景和未来可能的研究方向进行了展望.     

无机-有机杂化策略制备二维纳米碳材料及其电容性能研究

通过无机-有机杂化的方式,将葡萄糖插层到六水合氯化高铁层板间,采用一步碳化和酸刻蚀技术制备得到二维结构纳米碳材料。利用扫描电镜、透射电镜、热重分析仪、X射线衍射、拉曼光谱等表征方法对样品的微观结构和组成进行了分析。以6 mol/L KOH为电解液,采用三电极体系对所得的二维纳米碳材料进行电化学测试。结果表明,在0. 5 A/g电流密度下,所制备的二维碳材料质量比电容可以到达236 F/g,当电流密度上升到10 A/g,比电容依然能维持在201 F/g,比电容保持率为85. 2%,具有良好的倍率性能;同时该电极还具有优异的循环稳定性,经过1 000次充放电循环过程,比容量几乎无衰减。     

氧化石墨烯的性能及其在脱盐中的应用

目前,世界范围内的淡水资源短缺已经引起了人们的关注,同时也促进了相关领域的快速发展.其中,利用膜技术对海水及苦咸水进行脱盐在该领域具有良好的发展前景.氧化石墨烯(GO)是近些年来研究最广泛的材料之一,具有二维特征的亲水和疏水孔道结构,能够实现水分子的快速运输,是理想的膜分离材料,通过将氧化石墨烯掺杂到常用的脱盐膜基质以...