爆刊《Nature》！纳米限制使非共价修饰的 MXene 膜能够用于离子筛分

文章来源：北科新材浏览次数：1789时间：2023-07-17 QQ学术交流群：1092348845

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导读

共价修饰通常用于调节二维膜的通道尺寸和功能。然而，已知用于产生此类修饰的常见合成策略会破坏膜的结构。在此，通过溶剂处理对 Ti3 C2Tx MXene 膜进行侵入性较小但同样有效的非共价修饰，其中通道通过氢键网络被质子溶剂牢固地装饰。
致密功能化（-O、-F、-OH）Ti3C2Tx通道允许建立多个氢键，其亚 1 nm 尺寸会产生纳米限域效应，通过保持溶剂-MXene 距离和溶剂方向来大大增强这些相互作用。在亚 1 nm 离子筛分和分离中，修饰后的膜表现出稳定的离子截留率，质子阳离子 (H + /M n+ ) 选择性分别比原始膜高 50 倍和 30 倍。它证明了非共价方法作为能源、资源和环境相关应用中集成的纳米通道的广泛修饰替代方案的可行性。

图文参考

总结

MXene 膜制备和表征

从母体 MAX 相 Ti3AlC2,蚀刻出高度结晶的单层 Ti3C2TX 纳米片（图 1），具有低氧化度和小横向尺寸分布（图 2）。当自组装成层状膜时，重新排列的纳米片呈现出无缺陷的表面和层状横截面结构，表明内部二维层间通道的形成（图3）。通过简单的溶剂浸泡方法，这些未经处理的 MXene 膜（Untreatment-M）变成了乙醇处理的膜（EtOH-M，图 4）。
根据研究，X射线光电子能谱（XPS）和能量色散X射线（EDX）分析揭示了膜的化学成分，包括与基底上的Ti和C原子连接的-O、-OH和-F基团。平面和纳米片边缘周围（图 1a、b ）。这些特征基团也在傅里叶变换红外光谱（FTIR）中检测到，但乙醇处理后一些峰出现明显的红移（图1c）。分配给 –OH (3460 cm−1) 和 Ti–O (626 cm−1) 的两个主峰移动到较低波数 3410 和 606 cm−1。这主要是因为它们与插入的乙醇中的-OH之间形成氢键，导致电子云密度变化和涉及的键伸长。
因此，键的强度将降低，从而在 FTIR中显示出较低的伸缩振动频率。此外，在 2920 和 2850 cm−1 处出现的两个联合峰（通常归因于 –CH3/–CH2–）也证明乙醇分子已成功插入 MXene 膜中。

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