【摘 要】
:
MXenes独特的二维层状结构、可调谐的表面化学性质、亲水性以及优异的金属导电性使其在诸多领域具有广泛的应用前景。MXenes通常通过选择性刻蚀Mn+1AXn相前驱体的A原子层制得,其化学通式为Mn+1XnTx(其中M为前过渡金属元素,X为C和/或N,n通常取1-3,Tx代表表面基团)。表面基团对MXene的表面物理化学性质及功能应用具有决定性的影响,而目前报道的表面基团仅有四种(即-OH,-O,
【机 构】
:
中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
【出 处】
:
中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
论文部分内容阅读
MXenes独特的二维层状结构、可调谐的表面化学性质、亲水性以及优异的金属导电性使其在诸多领域具有广泛的应用前景。MXenes通常通过选择性刻蚀Mn+1AXn相前驱体的A原子层制得,其化学通式为Mn+1XnTx(其中M为前过渡金属元素,X为C和/或N,n通常取1-3,Tx代表表面基团)。表面基团对MXene的表面物理化学性质及功能应用具有决定性的影响,而目前报道的表面基团仅有四种(即-OH,-O,-F和-Cl)。因此探索新的表面基团对MXenes表面化学、结构多样性、性质调控和功能应用具有重要意义。本文的主要研究内容如下:(1)本文通过选取一系列不同构型的MAX相前驱体和路易斯酸熔盐Cu Cl2/Cu Br2/Cu I刻蚀剂,研究了不同构型MAX相在路易斯酸熔盐中的反应行为,分别探索了M位元素、A位元素、n值、熔盐成分对反应行为的影响。研究结果表明:对于A位不同的两种MAX相(Ti3Al C2、Ti3Si C2),Ti3Si C2的刻蚀难度高于Ti3Al C2,这主要是由于Ti-Si键比Ti-Al键更强;对于M位不同的MAX相(Ti2Al C、V2Al C、Nb2Al C和Ta2Al C),其中Nb2Al C和Ti2Al C均能被刻蚀并得到表面基团为-Cl/-Br/-I的MXene;V2Al C和Ta2Al C与熔盐反应后的产物为相应的碳化物和氧化物,这可能与其对应MXene的自身稳定性有关;对于n值不同的MAX相(Ti3Al C2、Ti2Al C),312相和211相都较易被三种熔盐刻蚀得到相应的MXene,说明n值熔盐刻蚀Tin+1Al Cn制备MXene的影响较小。熔盐刻蚀MAX相的能力随着卤素原子电负性的下降(电负性顺序:Cl>Br>I)而下降,MAX越难被刻蚀。(2)将熔盐法刻蚀得到的Ti3C2Cl2、Ti3C2Br2和Ti3C2I2 MXene以及通过HF蚀刻得到的Ti3C2(OF)MXene分别组装成锌离子电池正极材料,探究表面基团对Ti3C2MXene电化学行为的影响。Ti3C2Br2和Ti3C2I2 MXene作为水性锌离子电池的正极材料均表现出优异的性能。Ti3C2Br2和Ti3C2I2对应的比容量分别为97.6m Ah·g-1和135 m Ah·g-1,在1.6 V和1.1 V时具有明显的充放电平台,这是首次在MXene材料中观察到充放电平台行为。而Ti3C2Cl2和Ti3C2(OF)对应的比容量仅为46.5 m Ah·g-1和51.7 m Ah·g-1,且未发现充放电平台。此外,Ti3C2Br2和Ti3C2I2的能量密度约为Ti3C2Cl2和Ti3C2(OF)的200%。以上MXene材料不同的电化学行为主要是MXene表面基团在充放电过程中的氧化还原反应行为不同所导致的。本研究表明MXene的表面基团对其表面化学调控和应用拓展具有十分重要的意义。
其他文献
癌症仍然是世界上最具破坏性和致命性的疾病之一,癌症的早期诊断是早期治疗的前提。磁共振成像(MRI)具有高软组织分辨率和高组织穿透性,作为一种无创、无辐射的技术手段已被广泛应用于癌症诊断。为了高质量成像效果,具有低毒副作用、高弛豫性能的智能型造影剂一直是人们所追求的。铁元素的长期生物相容性使氧化铁纳米粒子成为MRI造影剂的研究热点。同时氧化铁的磁热效应可以有效地将MR成像与磁热治疗结合起来。因此本论
冲蚀磨损是指松散的固体小颗粒以一定的速度和角度对材料表面反复冲击造成的一种材料损耗现象。冲蚀磨损现象广泛存在于机械、冶金、能源、建材以及航空航天等工业领域,是造成材料破坏或设备失效的重要原因之一。在材料或零部件表面涂覆具有抗冲蚀性能的涂层能够大幅增强材料或零部件的抗冲蚀性能,起到提升材料使用性能、延长服役寿命的作用。随着航空航天朝着大推力高推比的方向迅猛发展,钛合金压气机叶片在砂粒、灰尘、冰粒等恶
在航空发动机高压压气机最后两级叶片由于工作温度较高,通常使用镍基高温合金作为叶片材料。在海洋环境热力盐耦合作用下,镍基高温合金极易产生严重的腐蚀问题。现在常见的飞机发动机叶片防护涂层的主要成分是M(M=Ni,Co)CrAlY。但是在高盐环境下,富Cr的涂层会发生非常严重的腐蚀,无法对基体起到保护作用。所以为了避免高盐的环境对飞机发动机造成严重的腐蚀,使工件依旧能保持良好的工作状态,急需开发一种不含
全球变暖对现代社会构成了严重的挑战,而人类对制冷的需求却越来越大。目前主流的气体压缩制冷所使用的烃类制冷剂都会引起温室效应。因此,寻找对环境友好的替代制冷技术来摆脱这种恶性循环变得十分紧迫。近年来,基于相变材料热效应的固态制冷技术引起了人们极大的兴趣,相应的热效应来源于固态材料在施加/去除外场下释放/吸收的热量。Ni-Mn基Heusler型变磁形状记忆合金因具备等温熵变大、滞后小和磁弹耦合等优异特
随着人们对全球变暖和能源危机的担忧日益增加,传统的合成制冷剂会对环境和能源会造成不利影响,制冷行业面临的主要挑战是减少能源消耗和有害气体排放。相比于传统的气体压缩制冷,磁制冷是一种新型的制冷技术,它采用固态磁性材料作为制冷工质,不会产生有害气体对环境无破坏作用,且具有噪音小、效率高、可靠性高等显著优点,因此也被誉为绿色制冷技术。旋转磁热效应是一种具有各向异性的磁热效应,这种磁热效应的产生只需材料在
铁基软磁粉芯在电磁转换、传递以及存储方面占据着不可或缺的地位。其中非晶粉芯具备饱和磁感应强度高,宽频条件下磁导率稳定性好,电阻率高,损耗低等优点,且价格较坡莫和钼坡莫粉芯低廉,成为21世纪具备广泛应用前景的一种软磁材料。然而在现有磁芯大功率应用环境中,软磁材料在受到高频交流电磁化的同时,还受到直流分量对其产生的叠加影响。在这种存在大直流偏置电流的情况下,软磁材料易达到饱和,导致磁导率、损耗、品质因
热电材料是一种可以利用材料内部载流子输运实现热能和电能相互转换的功能材料。SnSe晶体作为一种性能良好的新型热电材料,具有环境友好、原料丰富等特点,近年来受到研究人员广泛关注。但关于其本征性质问题仍有待研究,例如多晶SnSe载流子浓度低以及n型单晶SnSe热电性能择优取向的问题。本文以SnSe晶体为研究对象,采用熔融热压法制备SnSe多晶,采用温度梯度法制备SnSe单晶,分别对其电热输运性能进行了
环氧树脂是一种具有化学性质稳定、电绝缘性能良好、粘结性强、力学性能优良等特点的热固性树脂,作为粘结剂、涂料、电子封装材料等被广泛应用在航空航天、船舶汽车、电子器件、建筑设施等诸多领域。但是由于环氧树脂固化后形成的三维交联网络结构,使得环氧树脂作为涂层应用时脆性大,抗磨性能不佳,导致涂层在摩擦过程中易被剥离脱落,失去对涂层基底的保护作用。因此,改善环氧树脂涂层的摩擦学性能是一个亟需解决的问题。填料改
激光熔覆是利用高能激光作用下的材料快速熔凝工艺以实现高性能材料/涂层制备的先进加工技术。该技术已经广泛应用于增材制造、裂纹修复再制造、特种材料/涂层制备等领域,在航空、航天、航海等领域零部件制造、修复及防护涂层制备中起到重要作用。然而,单纯依靠调控激光熔覆工艺参数难以解决材料中存在的一些问题,如气孔、残余应力等,难以突破材料的固有极限,形成高性能的零件与涂层。基于此,本论文对激光熔覆组织性能调控方
越来越多的溢油事故对我们的生态环境尤其是水体环境造成了灾难性的影响。近年来,应用于油水分离领域的特殊超浸润材料受到了广泛的关注。由于这些超浸润材料对水与油有着截然相反的润湿性,比如疏水/亲油性、亲水/疏油性或两面不同的润湿性。因此超浸润材料在去除油水混合物中的一个相的同时,可以排除掉另一个相,从而实现选择性的油水分离。此外,通过调节材料的表面化学和表面结构,利用两者的协同作用可以进一步促进超浸润行