導(dǎo)讀

共價修飾通常用于調(diào)節(jié)二維膜的通道尺寸和功能。然而，已知用于產(chǎn)生此類修飾的常見合成策略會破壞膜的結(jié)構(gòu)。在此，通過溶劑處理對?Ti3 C2Tx MXene?膜進(jìn)行侵入性較小但同樣有效的非共價修飾，其中通道通過氫鍵網(wǎng)絡(luò)被質(zhì)子溶劑牢固地裝飾。
致密功能化（-O、-F、-OH）Ti3C2Tx通道允許建立多個氫鍵，其亞 1 nm 尺寸會產(chǎn)生納米限域效應(yīng)，通過保持溶劑-MXene 距離和溶劑方向來大大增強(qiáng)這些相互作用。在亞 1 nm 離子篩分和分離中，修飾后的膜表現(xiàn)出穩(wěn)定的離子截留率，質(zhì)子陽離子 (H + /M n+ ) 選擇性分別比原始膜高 50 倍和 30 倍。它證明了非共價方法作為能源、資源和環(huán)境相關(guān)應(yīng)用中集成的納米通道的廣泛修飾替代方案的可行性。

圖文參考

總結(jié)

MXene 膜制備和表征

從母體 MAX 相 Ti3AlC2,蝕刻出高度結(jié)晶的單層 Ti3C2TX 納米片（圖 1），具有低氧化度和小橫向尺寸分布（圖 2）。當(dāng)自組裝成層狀膜時，重新排列的納米片呈現(xiàn)出無缺陷的表面和層狀橫截面結(jié)構(gòu)，表明內(nèi)部二維層間通道的形成（圖3）。通過簡單的溶劑浸泡方法，這些未經(jīng)處理的 MXene 膜（Untreatment-M）變成了乙醇處理的膜（EtOH-M，圖 4）。
根據(jù)研究，X射線光電子能譜（XPS）和能量色散X射線（EDX）分析揭示了膜的化學(xué)成分，包括與基底上的Ti和C原子連接的-O、-OH和-F基團(tuán)。平面和納米片邊緣周圍（圖 1a、b ）。這些特征基團(tuán)也在傅里葉變換紅外光譜（FTIR）中檢測到，但乙醇處理后一些峰出現(xiàn)明顯的紅移（圖1c）。分配給 –OH (3460?cm?1) 和 Ti–O (626?cm?1) 的兩個主峰移動到較低波數(shù) 3410 和 606?cm?1。這主要是因為它們與插入的乙醇中的-OH之間形成氫鍵，導(dǎo)致電子云密度變化和涉及的鍵伸長。?
因此，鍵的強(qiáng)度將降低，從而在 FTIR中顯示出較低的伸縮振動頻率。此外，在 2920 和 2850?cm?1 處出現(xiàn)的兩個聯(lián)合峰（通常歸因于 –CH3/–CH2–）也證明乙醇分子已成功插入 MXene 膜中。