阻燃 | Chem. Eng. J. | 二维Ti3C2Tx-MXene阻燃高分子材料的近期进展

研究速览

■ 近日，华侨大学刘鹏举副教授，在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“Recent Advances in Two-dimensional Ti3C2Tx MXene for Flame Retardant Polymer Materials”的综述文章，首次总结了Ti3C2Tx MXene及其改性体系，在各种聚合物体系中的阻燃作用，对比分析了Ti3C2Tx MXene、共价/非共价改性以及协效共混体系的阻燃效率和阻燃机理，提供了利用表面改性、化学修饰、元素/结构复配提高Ti3C2Tx MXene阻隔、催化效应的策略。同时，展望了MXene阻燃体系在未来发展和实际应用中的挑战和远景。

Part1

▉  综述摘要  ▉

■ MXenes作为二维纳米材料家族的新成员，由于其类金属导电性、多样化表面化学性质、溶液可加工性、致密多层结构，在多个应用领域中展现出巨大潜力，这些独特性质也使MXenes成为了一种优异的纳米填料制备高性能多功能聚合物复合材料。

■ 近几年，研究人员开始关注MXenes在各种材料中的阻燃作用，本文综述了Ti3C2Tx MXene、功能化MXenes以及基于MXenes的协效体系在阻燃聚合物复合材料的最新研究进展。我们聚焦了不同MXenes阻燃体系的改性策略、复配方式和阻燃效率，并讨论了其在不同基材中的阻燃机理。此外，由于MXenes的独有物化性质，MXenes基阻燃复合材料表现出高性能、多功能性，如优异的电磁屏蔽、导热、电/光热转换性能，为MXenes阻燃材料在一些苛刻条件、高端领域赢得了更广泛的应用空间。最后，通过讨论MXenes的固有缺陷和阻燃材料不断提高的要求，给出了MXenes阻燃体系面临的挑战和机遇。

Part2

▉  综述要点1  ▉

■ 为进一步提高MXenes的分散性、相容性和阻燃效果，研究者们采用了非共价键负载（包括氢键、静电、离子键等物理作用）、共价修饰、协效复配等多种策略对其进行功能化，构建了一系列MXenes阻燃体系，在不同聚合物体系中发挥了抗熔滴、阻燃、抑烟作用，组分协效配伍促进了MXenes纳米片更好发挥阻隔和催化效应。

▉  综述要点2  ▉

■ MXenes的阻燃性能源自于其高热稳定性、紧密堆积的片层结构、优异的催化活性和灵活可调的化学性质，基于研究者们对不同MXenes阻燃体系的研究，我们总结了MXenes的多元化阻燃机理。（1）阻隔效应：MXenes纳米片及其分解产物TiO2具有良好的物理阻隔作用，同时在基体中构建“迷宫”，延长气体扩散路径；（2）催化效应：MXenes分解产物锐钛矿TiO2具有优异的催化活性，能促进聚合物基体成炭，起到良好的催化成炭和抑烟效果；（3）耗氧和吸附效应。

▉  综述要点3  ▉

■ 除阻隔、催化效应外，MXenes还具有其他多个优异的物化性质，赋予了MXenes阻燃复合材料高性能、多功能，如同步增强增韧、吸收为主的电磁屏蔽、优异的导热性能、超高的光热/电热转化效率，也为MXenes阻燃材料在一些苛刻条件、高端领域赢得了更广泛的应用空间。

Part3

▉  研究总结  ▉

■ 作者首次综述了Ti3C2Tx MXene、功能化MXenes以及基于MXenes的复合体系在阻燃聚合物复合材料的最新研究进展，重点阐述了不同MXene阻燃体系的阻燃效率和机理，为制备高性能多功能的MXenes阻燃复合材料提供了系统参考。自2019年首次报道MXenes的阻燃工作以来，阻燃MXenes体系备受关注，期待越来越多的研究者开发出更多高效的MXenes阻燃体系，推动MXenes在阻燃领域的实际应用。