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深圳大学张晗教授团队综述:MXene/聚合物薄膜的制备、性质及其应用
2020-02-25  来源:高分子科技
关键词:MXene 聚合物薄膜

  近日,深圳大学特聘教授张晗团队在美国化学会(ACS)著名期刊Chemistry of Materials上发表题为“MXene/Polymer Membranes: Synthesis, Properties, and Emerging Applications”的综述论文。该论文详细综述了MXene/聚合物薄膜的制备和性质,并对MXene/聚合物薄膜在各领域的应用做了详细介绍(图1)。

图1. MXene/聚合物薄膜的制备及其应用总结:饼图的大小代表了制备方法和实际应用的相关论文占总发表论文的比重。

  过渡金属碳/氮化物(MXene)是由美国德雷塞尔大学(Drexel University)Yury Gogotsi 等人在2011年首次发明的新型二维材料,由于其优异的特性,迅速引起了科研工作者们的广泛关注。MXene具体指的是一类具有Mn+1XnTx元素组成的材料,其中M表示过渡族金属元素,X表示碳或氮原子,T指材料表面的官能团,其具体结构表现为n层碳或氮原子穿插在n+1层过渡金属原子间,n取值为1、2或3,代表了MXene的三种原子排列类型。目前已经有超过30种MXene被成功制备,并广泛应用到于储能、电磁屏蔽、水净化、传感器、催化产氢、光热治疗以及核废料处理等领域。然而MXene易氧化降解的问题限制了其进一步发展,将MXene与其他材料复合能够有效提高MXene的环境稳定性,拓宽其实际应用范围。高分子聚合物具有制备简单、价格低廉以及功能可调等优点,自2014年首次将聚乙烯醇与Ti3C2混合制备复合薄膜以来,MXene/聚合物薄膜得到了迅速的发展,目前急需对MXene/聚合物薄膜进行系统的归纳和总结,以指导高性能MXene/聚合物薄膜的制备。

  基于此,本论文系统归纳了MXene/聚合物薄膜的制备、性质及其实际应用。如图2所示,MXene与聚合物间一般通过共价键或非共价键(范德华力、氢键以及静电作用等)相结合。图3归纳了MXene/聚合物薄膜的常用制备手段,包括真空辅助抽滤(VAF)、溶液浇膜(DC)、热压成膜(HP)、层层自组装、静电纺丝以及电化学沉积等。由于MXene与聚合物间的协同作用,有效提高了MXene/聚合物薄膜的各项性能,包括机械性能、热性能、电性能以及气体阻隔等,使其广泛应用于过滤、电磁屏蔽、传感器、超级电容器以及纳米发电机等领域(图1)。最后,作者对MXene/聚合物薄膜发展所面临的挑战和机遇进行了总结:MXene/聚合物薄膜的发展已经有6年之久,而目前所研究的MXene/聚合物薄膜大部分由研究相对成熟的Ti3C2材料为主,考虑到MXene材料的多样性,可以探索其他元素MXene材料的引入,结合聚合物本身的多功能性,实现高性能MXene/聚合物薄膜的制备;为了实现MXene/聚合物薄膜的量化生产,需要采用新颖的制备手段,例如在聚合过程中加入未经插层剥离的MXene块体,通过单体在层间聚合并撑开MXene片层,在实现MXene剥离的同时完成与聚合物的复合;通过建立模型,研究MXene与聚合物的相互作用机制,结合实验结果揭示MXene/聚合物薄膜结构与性能之间的构效关系,为构建高性能MXene/聚合物薄膜提供重要的理论基础和实际意义。

图2. MXene与聚合物间的共价键(a)和非共价键(b)作用。

图3. MXene/聚合物薄膜的制备方法:真空辅助抽滤(a)、溶液浇膜(b)、热压成膜(c)、层层自组装(d)、静电纺丝(e)以及电化学沉积(f)。

  该综述论文近期发表在Chemistry of Materials上,深圳大学博士后高凌锋博士为该综述论文的第一作者,深圳大学特聘教授张晗为通讯作者,深圳大学为第一完成单位。该工作得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金资助、广东省科技计划项目、深圳市科学技术创新基金等项目的支持。

  全文链接:MXene/Polymer Membranes: Synthesis, Properties, and Emerging Applications

Lingfeng Gao, Chao Li, Weichun Huang, Shan Mei, Han Lin, Qi Ou, Ye Zhang, Jia Guo, Feng Zhang, Shixiang Xu, Han Zhang

  Chem. Mater. 2020, DOI: 10.1021/acs.chemmater.9b04408

  https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemmater.9b04408

张晗教授简介

  深圳大学特聘教授、深圳市黑磷工程实验室主任、博士生导师。美国光学学会会士、基金委“优青”、科睿唯安“高被引科学家(2018/2019)”、广东省科技领军人才等。长期从事低维材料光电器件相关研究,以通讯作者发表中科院一区论文超过100篇,包括Chemical Society Reviews, Coordination Chemistry Reviews, Physics Reports, PNAS, Science Advance, Nature Communications等,论文总被引超过26,000次,H-index指数85。张晗教授担任多个SCI期刊专题主编/编委、中国激光青年编委会秘书长、全国光学青年学术论坛第二届主席团副主席。科研成果获得教育部自然科学二等奖、中国产学研合作创新奖、中国光学十大进展、广东省丁颖科技奖、深圳市青年科技奖、深圳市自然科学奖等。

  本课题组招聘优秀的博后和研究员,欢迎投递简历至947935449@qq.com。要求:光学、化学、生物、药学等理工科方向,发表1-2篇SCI论文,32岁以内,从事二维材料生物特性与光学特性的研究。

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(责任编辑:xu)
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