研究摘要

作為2D MXene納米片極其重要的宏觀結(jié)構(gòu)，MXene（Ti3C2Tx）膜在很多領(lǐng)域中展示出了巨大的商業(yè)價值。然而，目前很難通過直接使用MXene膜作為基本材料構(gòu)筑多尺度的復(fù)合結(jié)構(gòu)。近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)Yuyan Liu與Zhimin Fan教授研究團(tuán)隊在《Matter》上發(fā)表最新研究成果，發(fā)現(xiàn)了一種基于時間敏感的水環(huán)境中MXene膜“焊接”現(xiàn)象。MXene膜可以在時間敏感過程中實(shí)現(xiàn)相互連接。為了充分發(fā)揮這種特殊的焊接特性，將其用于濕度響應(yīng)的驅(qū)動器與有利于電解液離子快速擴(kuò)散的MXene電極，具有優(yōu)異的性能。該工作證明MXene膜與其他金屬或功能材料具有同等的應(yīng)用潛力，是推進(jìn)2D材料實(shí)際應(yīng)用進(jìn)程的里程碑。

圖文導(dǎo)讀

圖1.?焊接MXene膜的合成過程、物相表征與力學(xué)性能測試。

圖2.?基于MXene膜的焊接過程所構(gòu)造的多尺度MXene復(fù)合結(jié)構(gòu)。

MXene膜的焊接性質(zhì)

MXene膜可以很輕易地進(jìn)行焊接進(jìn)而形成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)與形狀，這也意味著焊接過程中與水接觸時結(jié)構(gòu)有被再次破壞的危險。那這是否意味著焊接MXene在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中會有此受到一定的限制或完全不可用呢？有趣的是，研究人員發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上MXene膜的焊接過程與時間緊密相關(guān)。新制備的MXene膜可以自由地相互連接，但是其焊接能力在室溫下暴露10天左右就會逐漸消失。利用這一點(diǎn)，在一定的時間內(nèi)將MXene膜焊接，以保證焊接后MXene膜的穩(wěn)定性。

需要指出的是，MXene膜的最佳焊接時間可通過改變儲存條件而進(jìn)行調(diào)控。比如：MXene膜在200度的真空環(huán)境下僅兩小時之后就會失去焊接能力，這是因為水無法滲入到MXene膜的層間。當(dāng)將MXene膜置于一定的濕度條件以平衡層間水的蒸發(fā)與吸附過程，MXene膜的焊接性質(zhì)能夠持續(xù)非常長的時間。因此，時間與保存條件對于保存MXene膜焊接性質(zhì)至關(guān)重要。

圖3.?MXene膜的焊接機(jī)理：手搖MXene膜與焊接MXene膜的水溶性及表征。

圖4.?基于焊接MXene膜的電化學(xué)應(yīng)用。

總結(jié)

? ? ??通過同步輻射測試結(jié)果與理論計算相結(jié)合，催化中心的Pt原子與有利電子態(tài)的N/P配位，可以優(yōu)化對H中間產(chǎn)物的吸附能，從而提升本征的催化活性。3D多孔結(jié)構(gòu)不僅為單原子提供的充分的位點(diǎn)，還可以防止MXene自發(fā)的重堆疊與聚集，因此暴露足夠的活性表面位點(diǎn)，用于吸附中間產(chǎn)物并促進(jìn)電荷/質(zhì)子傳輸，協(xié)同提升HER的電化學(xué)性能。該研究為MXene基催化劑的研究啟發(fā)了新的思路。

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