雖然Ti3C2Tx MXene因其金屬導(dǎo)電性和高加工性而成為催化、儲(chǔ)能、電磁干擾屏蔽等許多應(yīng)用領(lǐng)域的有前途的材料，但其在高溫下的抗氧化性較差，使其在惡劣環(huán)境下的應(yīng)用具有挑戰(zhàn)性。在這里，我們報(bào)告了一種具有提取膨潤(rùn)土(EB)納米片的空氣穩(wěn)定的Ti3C2Tx基復(fù)合材料。在這種情況下，氧分子被顯示優(yōu)先吸附在EB上。EB上氧的飽和吸附進(jìn)一步抑制了更多氧分子吸附在Ti3C2Tx表面由于吸附的O2和Ti3C2Tx之間的pd軌道雜化減弱，這是由Ti3C2Tx/EB界面耦合引起的。因此，該復(fù)合材料能夠在空氣或潮濕環(huán)境中耐受高退火溫度（400℃以上幾個(gè)小時(shí)），表明在惡劣條件下的抗氧化性能得到極大改善。上述發(fā)現(xiàn)與Ti3C2Tx的終止率無關(guān)通過不同的合成途徑獲得。該復(fù)合材料用作太赫茲屏蔽材料，經(jīng)過高溫處理，即使高達(dá)600℃仍保持其屏蔽能力，而原始的Ti3C2Tx被完全氧化，沒有太赫茲屏蔽能力。還展示了焦耳加熱和熱循環(huán)性能。
Figure1.示意圖顯示了原始Ti3C2Tx的氧化過程（從邊緣開始）和MEB在存在氧氣的高溫退火下的氧化抑制。頂行顯示了原始Ti3C2Tx的氧化，這是由與氧分子相互作用引起的，并且Ti3C2Tx最終轉(zhuǎn)變?yōu)門iO2。底行顯示MEB的抑制氧化，與Ti3C2Tx相比，這是由氧分子在EB上的先前吸附引起的。即使在EB上O2飽和吸附后，由于Ti3C2Tx和EB之間的耦合作用，更多的O2分子仍被排斥在Ti3C2Tx的表面上。
Figure2.原始Ti3C2Tx和MEB在存在氧氣的高溫退火下的表征。(a)帶有EDX映射的MEB的橫截面STEM圖像。(b)原始Ti3C2Tx薄膜和MEB薄膜在合成空氣中400℃退火2小時(shí)前后的光學(xué)圖像。(c)MEB-RT和MEB-Air-400C-2的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線。退火的Ti3C2Tx薄膜(d)和MEB薄膜(e)的橫截面SEM圖像。(f)Ti3C2Tx薄膜在400℃合成空氣中處理2、4和6小時(shí)前后的拉曼光譜。(g)MEB薄膜在400℃下合成空氣處理2、4和6小時(shí)前后的拉曼光譜。
Figure3.MEB的耐高溫機(jī)理。(a)Ti3C2Tx,(b)EB和(c)MEB的18/H2O和44/CO2的原子質(zhì)量單位(amu)在空氣中的熱重(TG)曲線和質(zhì)譜分析(MS)。(d)一種O2穩(wěn)定構(gòu)型吸附在Ti3C2O2、EB和Ti3C2O2/EB異質(zhì)結(jié)構(gòu)上的電荷密度差異圖。在異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，EB受到飽和氧吸附。等值面水平設(shè)置為0.0002e/Å3除了吸附在EB上的O2值為0.0006e/Å3。黃色區(qū)域表示電荷積累，綠色區(qū)域表示電荷耗盡。(e)Ti3C2Tx-RT和MEB-RT的O1s的X射線光電子能譜(XPS) 。
Figure4.MILD-Ti3C2Tx和HF-Ti3C2Tx的不同終止率，以及MILDMEB在氧氣存在下的耐高溫性能。(a-c) 分別為原始HF-Ti3C2Tx和MILD-Ti3C2Tx薄膜的O1s、F1s和Cl2p信號(hào)的XPS。(d) HF-Ti3C2Tx和MILD-Ti3C2Tx的終止比通過XPS測(cè)量，并附有表格。(e) MILDTi3C2Tx的拉曼光譜在400℃的合成空氣中處理2、4和6小時(shí)之前和之后。(f) MILDMEB在400℃合成空氣中處理2、4和6小時(shí)前后的拉曼光譜。
Figure5.MEB的潛在應(yīng)用。(a-c)MEB的THz EMI屏蔽特性。Ti3C2Tx-RT、MEB-RT、Ti3C2Tx-Atmos-400C-6、MEB-Atmos-400C-6的0.2–1.3THz的EMISE。bTi3C2Tx-Atmos-500C-2、600C-2和MEB-Atmos-500C-2、600C-2的0.2–1.3THz的EMISE。c樣品的平均太赫茲SE顯示在圖5a（左）和圖5b（右）中。(d)MEB和Ti3C2Tx的長(zhǎng)期焦耳熱性能薄膜由3.0V的外加電壓驅(qū)動(dòng)。(e)MEB薄膜的熱循環(huán)性能，這是通過反復(fù)打開和關(guān)閉外加電壓(3.0V)來實(shí)現(xiàn)的。
相關(guān)研究工作由電子科技大學(xué) Xu Xiao課題組于2022年在線發(fā)表于《Nature Communications》上，原文：High-temperature stability in air of Ti3C2Tx MXene-based composite with extracted bentonite。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
