【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，空間電源全國重點實驗室成員、我校化工與化學學院樊志敏帶領團隊在二維MXene材料規(guī)模化制備領域取得重要進展，成功開發(fā)出一種基于高溫超聲的剝離技術，實現(xiàn)了單層MXene的高效、高產(chǎn)率制備。相關成果以《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在智能可穿戴設備、能源器件等領域的應用前景。
 

　　二維材料正在引領新材料領域的革新浪潮，可加速全球產(chǎn)業(yè)升級和技術創(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構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