二维多层状Ti3C2Tx-MXene/聚吡咯纳米线复合材料的制备及电容性能研究

本文以体相材料MAX(Ti₃AlC₂)为基底,采用氢氟酸刻蚀法得到二维多层状Ti₃C₂T_x-MXene,将一维聚吡咯纳米线(polypyrrole nanowires,PPy-NW)与二维多层状Ti₃C₂T_x-MXene相结合,成功地制备出Ti₃C₂T_x-MXene/PPy-NW复合电极材料. 并分别利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X-射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、傅里叶变换红外光谱(fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)及X射线光电子能谱 (X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)对其进行了形貌和结构表征. 最后通过电化学测试表明,二维多层状Ti₃C₂T_x-MXene/PPy-NW复合电极材料在扫描速率为10 mV·s^-1时比电容可达374 F·g^-1,高于纯PPy-NW（304 F·g^-1）,当扫描速率增加至200 mV·s^-1时,仍可保留原比电容值的72.4%,展现出良好的倍率性能. 而且在电流密度为5 A·g^-1下经过2000次的循环伏安实验,其电容保持率可达91.6%,具有良好的循环稳定性. 总之,二维多层状Ti₃C₂T_x-MXene和一维PPy-NW的复合有效地提升了电极材料的电容性能,在电化学能源储存方面有着巨大的应用前景.     

MXene/枝状Co/聚偏氟乙烯复合光热膜制备及其界面蒸发性能

使用湿法刻蚀方式将Ti₃AlC₂刻蚀剥离成单/少层Ti₃C₂T_xMXene纳米片,采用电化学还原法制备枝状Co,然后以亲水的聚偏氟乙烯(PVDF)膜为基底通过真空抽滤制备Ti₃C₂T_x/枝状Co/PVDF复合光热膜。对复合材料的结构和形貌进行表征,研究了复合光热膜的光吸收性能和界面蒸发性能。结果表明,在模拟1个太阳光照下(光照强度为1kW·m^-2),Ti₃C₂T_x/枝状Co/PVDF复合光热膜的光吸收率达到95.3%,纯水蒸发速率达到1.78kg·m^-2·h^-1,界面蒸发效率高达97.5%。此外,还测试了在模拟海水中的界面蒸发性能,蒸发冷凝得到的水达到世界卫生组织(WHO)和美国环境保护署(EPA)饮用水标准,蒸发速率达到1.61kg·m^-2·h^-1,循环5次后稳定在1.59kg·m^-2·h^-1。     

Ti3C2Tx-MXene-聚二烯丙基二甲基氯化铵-还原氧化石墨烯复合膜修饰电极检测碘酸盐

通过静电组装法制备了Ti₃C₂T_x-MXene-聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)-还原氧化石墨烯(r GO)复合材料(Ti₃C₂T_x-MXene-PDDA-r GO),将其修饰在玻碳电极(GCE)表面,用于碘酸盐的电化学检测。采用氢氟酸(HF)刻蚀钛碳化铝(Ti₃Al C₂)法制备了Ti₃C₂T_x-Mxene,以水合肼为还原剂制备了PDDA功能化的r GO(PDDA-r GO)。将MXene加入PDDA-r GO分散液中,通过带正电的PDDA与表面带负电荷的Ti₃C₂T_x-MXene间的静电相互作用,制得Ti₃C₂T_x-MXene-PDDA-r GO复合材料。采用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、X射线粉末衍射仪(...     

Preparation and tribological properties of potassium titanate-Ti3C2Tx nanocomposites as additives in base oil

The potassium titanate-Ti₃C₂T_x nanocomposite was successfully synthesized by a simple one-step chemical process using Ti₃C₂T_x and potassium hydroxide at room temperature. Compare to Ti₃C₂T_x nanosheets, the potassium titanate-Ti₃C₂T_x exhibits superior tribological properties.     

Cu0/Cu2+修饰Ti3C2Tx二维材料用于电催化还原二氧化碳

以Ti₃AlC₂和CuCl₂·2H₂O为前驱体,成功制备了Cu⁰纳米颗粒修饰和Cu²⁺自插层的手风琴状二维催化剂Cu⁰/Cu²⁺-Ti₃C₂T_x,用于电催化还原CO₂。对材料的电化学性能进行了测试,结果表明,在CO₂饱和的0.5 mol/L KHCO₃电解液中,与原始的Ti₃AlC₂相比,Cu²⁺/Cu⁰-Ti3C2Tx催化剂电催化CO₂转化为乙烯(C₂H₄)的起始电位从-0.65 V(vsRHE)降至-0.01 V(vs RHE),最大电流密度从0.19 mA/cm²增至2.50 mA/cm²     

一维g-C3N4/二维Ti3C2Tx界面调制促进光催化CO2还原活性与选择性(英文)

碳中和是实现绿色可持续发展重要途径之一,以半导体光催化CO₂还原.反应(CO₂RR)为核心的人工光合成技术极具发展前景.石墨相氮化碳(g-C₃N₄)作为一种二维层状光催化剂,化学性质稳定,且满足CO₂RR的热力学要求,但传统的g-C₃N₄光催化活性和选择性较低,这主要归因于高的电荷复合几率和低的光电子利用效率.采用二维碳化钛(Ti₃C₂T_x)等碳基助催化剂作为电子受体,促进光生载流子的快速分离与转移,成为提高g-C₃N₄光催化CO₂RR效率的有效手段.然而,g-C₃N₄光催化剂与Ti₃C₂T_x助催化剂多数以2D/2D构型界面耦合,受限于二者界面弱的范德华相互作用、高的界面静电势垒和缓慢的界面电荷转...     

TiO2促进Ti3C2负载Mn–N–C催化剂的电催化氧还原性能

开发高活性和稳定性的非贵金属催化剂作为氢氧燃料电池的电极催化剂具有重要意义.本文通过多巴胺和Mn²⁺在Ti₃C₂纳米片上发生配位和聚合反应,再在Ar气下高温处理,制得含有TiO₂颗粒的Ti₃C₂负载Mn–N–C催化剂(Ti₃C₂/Mn NC–TiO₂(H)).采用H₂/Ar混合气可以得到TiO₂较少的Ti₃C₂/Mn NC–TiO₂(L).研究发现Ti₃C₂/Mn NC–TiO₂(H)为四电子转移反应,相比Ti₃C₂/Mn NC–TiO₂(L)具有更高的电催化氧还原活性,接近商业Pt/C性能,同时兼具优异的稳定性.其优异的电催化性能可归结于Ti_...     

金-钯纳米粒子/质子化碳化氮/MXene复合材料的制备及对核黄素、槲皮素同步电化学检测

采用逐步静电自组装及冰晶模板法制备了负载有金-钯双金属纳米颗粒(Au-Pd NPs)的Au-Pd/H-C₃N₄/Ti₃C₂T_x复合材料,并用于对核黄素(Rf)和槲皮素(Qu)的定量同步电化学检测研究。结果表明,Au-Pd NPs的引入进一步改善了材料的导电性和电催化活性,加快了H-C₃N₄与Ti₃C₂T_x之间的电子转移并提供了部分活性位点,提高了复合材料的电化学性能。该复合材料对Rf和Qu具有良好的电化学传感性能,实现了对Rf和Qu的单独电化学检测。结合不同浓度比条件下Rf和Qu的电流响应矩阵模型及对应拟合方程,表明该复合材料能够实现对Rf和Qu的同步定量电化学检测,在最佳实验条件下对Rf和Qu的检测限能够达到5.62 nM(Rf)和20.1 nM(Qu)。     

具有水下超疏油性能的MXene高效油水分离膜

基于二维材料MXene(Ti₃C₂T_x)的化学组成和纳米片状结构, 在不锈钢网上制备了具有MXene微纳结构表面的新型亲水和水下超疏油分离膜. 对于不同类型的油-水混合物, 该膜材料可实现重力驱动的高效油水分离, 收集的水中残油量小于4 mg/L, 具有高分离效率(>99.99%), 水通量高达57.52 L·m^-2·s^-1. 此外, 经高温处理和多种有机溶剂浸泡后MXene膜仍具有高效的油水分离性能, 并表现出优异的稳定性和循环性.     

多孔碳基复合膜的真空冷冻干燥制备及高效太阳能水蒸发性能

以多壁碳纳米管(CNTs)和聚偏氟乙烯(PVDF)为原料, 通过相转化法形成均匀共混的胶体, 利用真空冷冻干燥(冻干)技术使胶体固化, 并在真空状态下使部分溶剂挥发, 制备了具有多孔结构的CNTs/PVDF复合膜. 实验结果表明, 冻干CNTs/PVDF复合膜具有优异的光吸收能力、 极佳的表面亲水性能. 在1 kW/m²光照强度下, 其水蒸发速率可达1.95 kg·m^-2·h^-1、 光热转化效率为92.9%. 搭载了冻干CNTs/PVDF复合膜的蒸发器在处理模拟海水和染料废水时, 均表现出良好的抗盐污染性、 显著的稳定性和优异的太阳能蒸发性能.     

Ti3C2Tx/MnO2正极在水系锌电池中的电化学性能

二氧化锰(MnO₂)材料具有比容量大、电极电位高、储量丰富以及价格低廉等优势,成为水系锌电池正极最受关注的一类材料,然而其仍然存在着结构稳定性差和电化学储存机理复杂的问题。因此,我们通过两步合成法制备了一种花苞状结构的MnO₂负载在Ti₃C₂T_x表面形成Ti₃C₂T_x/MnO₂复合材料,通过X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对复合样品的结构、成分和形貌进行表征。通过将Ti₃C₂T_x/MnO₂复合材料作为正极,与锌负极匹配组装成水系锌电池,研究了其分别在2 mol·L^-1 ZnSO₄、2 mol·L^-1 ZnSO₄+0.1 mol·L^-1 MnSO₄、30 mol·L^-1三氟甲基磺酸四乙基铵(TEAOTf)+1 mol·L^-1三氟甲烷磺酸锌(ZnOTf)和3 mol·L^-1 ZnOTf四种电解液中的电化学性能。结果表明,Ti₃C₂T_x/MnO₂在2 mol·L^-1 ZnSO₄中的比容量较高,但循环稳定性很差。将TEAOTf盐和ZnOTf盐共溶于水中,设计了一种新型的含惰性阳离子的超高浓度盐包水电解液(30 mol·L^-1 TEAOTf+1 mol·L^-1 ZnOTf),不仅提高了Ti₃C₂T_x/MnO₂材料的可逆性,而且有效抑制了电极材料在循环过程中的溶解。     

二维层状Ti3C2Tx-MXene@VS2用于高性能锂离子电池负极

为探索一种高性能的锂离子电池负极材料,采用酸刻蚀法制备了高导电性、高稳定性的二维层状Ti₃C₂T_x,通过溶剂热法制备了具有高理论比容量的花瓣状VS₂纳米片,再经过简单的液相混合得到了二维层状Ti₃C₂T_x-MXene@VS₂复合物。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、X射线衍射和能谱分析对复合材料的形貌和结构进行了表征,采用循环伏安、恒流充放电、长循环和交流阻抗谱对复合材料的电化学性能进行了研究。结果表明：VS₂纳米片均匀地分布在Ti₃C₂T_x的层间及表面,该复合物具有高的可逆容量(电流密度为0.1A·g^-1时,比容量为610.5mAh·g^-1)、良好的倍率性能(电流密度为2A·g^-1时,比容量为197.1mAh·g^-1)和良好的循环稳定性(电流密度为0.2 A·g^-1时,循环600圈后比容量为874.9 mAh·g^-1;电流密度为2 A·g^-1时,循环1 500圈后比容量为115.9mAh·g^-1)。     

零维/二维MXene复合膜的制备及其超级电容器性能

采用水热法制备了0D/2D复合Ti₃C₂T_x MXene,利用X射线衍射、动态光散射和荧光光谱表征了其结构与形貌,结果表明形成了量子点吸附于纳米片的Ti₃C₂T_x复合结构（QDT）。相比未引入量子点的Ti₃C₂T_x,由QDT组装得到的自支撑膜电极的电化学性能有了显著提高：在三电极体系中,扫速为5 mV·s^-1时,比电容为338 F·g^-1,当扫速达到2 000 mV·s^-1,电容保持率达到46%;在两电极体系中,0.5 A·g^-1时的比电容达到216 F·g^-1,10 000次循环后电容保持率为87%。以上性能可归结于：量子点提供了更多的离子吸附位点,且纳米片尺寸减小,缩短了离子传输路径。     

多尺度Ag/CuO复合光热材料的制备及在海水淡化中的应用

采用原位化学反应和热处理相结合的策略,在泡沫铜表面形成丝线状与花瓣状的立体无机物阵列,然后在其表面蒸镀Ag纳米颗粒(NPs),成功制备了基于泡沫铜的Ag/CuO复合光热材料。该复合材料因表面三维立体阵列结构以及Ag NPs而具备较高的太阳光吸收率。故而,Ag/CuO复合光热材料结合三聚氰胺泡沫组成的蒸发器件实现了高效的海水淡化。本研究除了探索光陷阱深度和金属掺杂对吸收体光热转换效率增强之外,还搭建了太阳能驱动界面蒸汽生成测试系统,测试了样品的光热蒸发性能。在1倍太阳(1 kW·m~(-2))辐照下,该器件整体蒸发速率高达1.097 6 kg·m~(-2)·h~(-1),即其蒸发效率可达78.38%。     

Toward Understanding the Enhanced Pseudocapacitive Storage in 3D SnS/MXene Architectures Enabled by Engineered Surface Reactions

The optimization of three-dimensional (3D) MXene-based electrodes with desired electrochemical performances is highly demanded. Here, a precursor-guided strategy is reported for fabricating the 3D SnS/MXene architecture with tiny SnS nanocrystals (≈5 nm in size) covalently decorated on the wrinkled Ti₃C₂T_x nanosheets through Ti−S bonds (denoted as SnS/Ti₃C₂T_x-O). The formation of Ti−S bonds between SnS and Ti₃C₂T_x was confirmed by extended X-ray absorption fine structure (EXAFS). Rather than bulky SnS plates decorated on Ti₃C₂T_x (SnS/Ti₃C₂T_x-H) by one-step hydrothermal sulfidation followed by post annealing, this SnS/Ti₃C₂T_x-O presents size-dependent structural and dynamic properties. The as-formed 3D hierarchical structure can provide short ion-diffusion pathways and electron transport distances because of the more accessible surface sites. In addition, benefiting from the tiny SnS nanocrystals that can effectively improve Na⁺ diffusion and suppress structural variation upon charge/discharge processes, the as-obtained SnS/Ti₃C₂T_x-O can generate pseudocapacitance-dominated storage behavior enabled by engineered surface reactions. As predicted, this electrode exhibits an enhanced Na storage capacity of 565 mAh g⁻¹ at 0.1 A g⁻¹ after 75 cycles, outperforming SnS/Ti₃C₂T_x-H (336 mAh g⁻¹), SnS (212 mAh g⁻¹), and Ti₃C₂T_x (104 mAh g⁻¹) electrodes.     

多级Ag/Bi/氮空位g-C3N4/Ti3C2Tx肖特基结的构筑及其全光谱催化性能

采用原位溶剂热反应制备多级 Ag/Bi/Nv-g-C₃N₄(氮空位-g-C₃N₄)/Ti₃C₂T_x肖特基结, 并对其物相组成和晶体结构、微观形貌和孔结构、表面元素组成和化学态、光学和光电化学性质进行了表征。由于 Ag、Bi和 Ti₃C₂T_x协同的表面等离激元共振效应,Ag/Bi/Nv-g-C₃N₄/Ti₃C₂T_x表现出全光谱吸收特性。由载流子浓度差驱动的界面极化电荷转移诱导形成的肖特基结, 显著提高了光生载流子(包括热电子和热空穴)的分离效率和利用率。因此, 与 Nv-g-C₃N₄、Ti₃C₂T_x、Ag/Nv-g-C₃N₄、Bi/Nv-g-C₃N₄和 Ag/Bi/Nv-g-C₃N₄相比, Ag/Bi/Nv-g-C₃N₄/Ti₃C₂T_x表现出显著增强的全光谱催化活性, 其在可见光和近红外光照射下光催化降解四环素的反应速率常数分别为 0.033和 0.008 6 min^-1, 为对比样品的 10~2.1倍和 8.6~1.8倍。     

多级Ag/Bi/氮空位g-C3N4/Ti3C2Tx肖特基结的构筑及其全光谱催化性能

采用原位溶剂热反应制备多级Ag/Bi/Nv-g-C₃N₄(氮空位-g-C₃N₄)/Ti₃C₂T_x肖特基结,并对其物相组成和晶体结构、微观形貌和孔结构、表面元素组成和化学态、光学和光电化学性质进行了表征。由于Ag、Bi和Ti₃C₂T_x协同的表面等离激元共振效应,Ag/Bi/Nv-g-C₃N₄/Ti₃C₂T_x表现出全光谱吸收特性。由载流子浓度差驱动的界面极化电荷转移诱导形成的肖特基结,显著提高了光生载流子(包括热电子和热空穴)的分离效率和利用率。因此,与Nv-g-C₃N₄、Ti₃C₂T_x、Ag/Nv-g-C₃N₄、Bi/Nv-g-C₃N₄和Ag/Bi/Nv-g-C₃N₄相比,Ag/Bi/Nv-g-C₃N₄/Ti₃C₂T_x表现出显著增强的全光谱催化活性,其在可见光和近红外光照射下光催化降解四环素的反应速率常数分别为0.033和0.008 6 min^-1,为对比样品的10~2.1倍和8.6~1.8倍。     

Simultaneous Delamination and Rutile Formation on the Surface of Ti3C2Tx MXene for Copper Adsorption

In this work, we studied the formation of the rutile phase of titanium dioxide (TiO₂) on delaminated MXene (d‐Ti₃C₂T_x) flakes by the reaction of Ti₃C₂T_x with amino acids in water. Three types of amino acids with varied side‐chain polarity were used to delaminate Ti₃C₂T_x. d‐Ti₃C₂T_x flakes formed stable colloidal solutions due to the negative surface charges of chemisorbed amino acids on the d‐Ti₃C₂T_x. Rutile formed on d‐Ti₃C₂T_x at room temperature upon the intercalation of aromatic amino acids and subsequent sonication of the solution, while flakes intercalated with aliphatic amino acids did not oxidize. X‐Ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) and Raman spectroscopy revealed the nanosize rutile formation on the surface of Ti₃C₂T_x flakes. The XPS results indicated the surface functionalization of histidine on d‐Ti₃C₂T_x flakes. As‐synthesized histidine functionalized rutile TiO₂@d‐Ti₃C₂T_x hybrid was used for adsorption of Cu²⁺ ions from aqueous solution with a maximum uptake of 95 mg g^?1.     

Chlorophyll-Based Organic Heterojunction on Ti3C2Tx MXene Nanosheets for Efficient Hydrogen Production

The Z-scheme process is a photoinduced electron-transfer pathway in natural oxygenic photosynthesis involving electron transport from photosystem II (PSII) to photosystem I (PSI). Inspired by the interesting Z-scheme process, herein a photocatalytic hydrogen evolution reaction (HER) employing chlorophyll (Chl) derivatives, Chl-1 and Chl-2, on the surface of Ti₃C₂T_x MXene with two-dimensional accordion-like morphology, forming Chl-1@Chl-2@Ti₃C₂T_x composite, is demonstrated. Due to the frontier molecular orbital energy alignments of Chl-1 and Chl-2, sublayer Chl-1 is a simulation of PSI, whereas upper layer Chl-2 is equivalent to PSII, and the resultant electron transport can take place from Chl-2 to Chl-1. Under the illumination of visible light (>420 nm), the HER performance of Chl-1@Chl-2@Ti₃C₂T_x photocatalyst was found to be as high as 143 μmol h⁻¹ g_cat⁻¹, which was substantially higher than that of photocatalysts of either Chl-1@Ti₃C₂T_x (20 μmol h⁻¹ g⁻¹) or Chl-2@Ti₃C₂T_x (15 μmol h⁻¹ g⁻¹).