CM综述：MXene/Polymer复合膜

【研究背景】                       

得益于卓越的电化学与光电子学性质，MXene材料已经被广泛地应用于吸附，非线性光学，能源储存，导电电极，场效应管以及生物医药等，都展现出了杰出的性能。此外，较大的比表面积以及丰富的表面官能团促使了MXenes对于各种分子与离子的高效吸附，其应用领域也因此扩展到离子筛，催化以及传感器。然而，MXenes也存在着很多缺陷，比如：易重堆叠，在氧气环境下较低的稳定性等，进一步阻碍了MXenes的发展。截止到目前，MXenes材料已经成功地与许多不同类型的材料复合，如金属，碳纳米管，高质量石墨烯，金属硫化物以及高分子聚合物。其中，高分子聚合物因其较低的成本，合成的简易性以及可控的官能团成为了理想选择之一。近日，深圳大学Han Zhang教授在国际知名学术期刊Chemistryof Materials上发表题目为MXene/Polymer Membranes: Synthesis, Properties, and Emerging Applications的综述文章，该综述首先讨论了2D MXenes的合成方法与性能，其可作为MXene/Polymer复合膜的前驱体。其次，总结了MXene/Polymer复合膜的组装策略以及性能。此外，还总结了MXene/Polymer复合膜的应用，如过滤，电磁屏蔽，超级电容器，传感器等等。最后，对MXene/Polymer复合膜未来的研究方向以及挑战作出展望。

【图文导读】

图1. MXene/Polymer复合膜的合成方法以及潜在应用的总结。

图2. MAX相刻蚀得到的MXenes。

图3. 非MAX相刻蚀得到的MXenes。

图4. 2D MXene的晶体结构。

图5.不同类型MXene的通过密度泛函理论对机械性能的模拟。

图6. Ti₃C₂的氧化方式。

图7. V₂C@PDMAEMA复合膜的合成过程。

图8.Ti₃C₂@PDAC，Ti₃C₂@PDDA，Ti₃C₂@PVA，Ti₃C₂@PANI，Ti₃C₂@CA复合膜的合成过程。

图9. Ti₃C₂@PAM复合膜，Ti₃C₂@PAN/PEI复合膜和f-BNNS-Ti₃C₂@PBI复合膜的合成过程。

图10. Ti₃C₂@TPU复合膜的合成过程。

图11. Ti₃C₂@PDAC复合膜，Ti₃C₂@PVA复合膜Ti₃C₂@PPy复合膜的合成过程

图12. Ti₃C₂@PEI复合膜应用于气体传感器。

图13. Ti₃C₂@PDAC复合膜在传感器上的应用。

【总结与展望】

      在过去的五年间，科研工作者对MXene/Polymer复合膜的研究得到了快速的发展，因其具有MXene和高分子聚合物的协同优势。通常来讲，高分子聚合物的机械，热学和电子性质可以改善复合膜中MXene片的稳定性，然而其他的一些性能还亟待研究。显然，MXene/Polymer复合膜的性能与MXene纳米片的分布有很大的关系。据报道，在合成MXene/Polymer复合膜的过程中，MXene可能产生聚集，进而产生多尺度相分离。因此，需要将研究重点聚焦于改善MXene纳米片在聚合物基质的分散性上，这可以通过对聚合物链进行合适的官能团化，进而实现增强的MXene纳米片与聚合物的接触。

文献链接：

https://dx.doi.org/10.1021/acs.chemmater.9b04408

信息来源：MXene Frontier