MXenes作为一种新型的无机纳米片材料，受到了越来越多的关注，成为研究的热点。MXenes的简单剥离方法引起了众多研究的关注。与超声破碎和机械磨铣的广泛研究相比，MXenes的气体辅助剥离尚未开展。同时，Mxene基纳米复合材料通常是在剥离后一步一步制备的。本文提出了一种利用工业红磷(RP)产生的磷蒸气制备多层Ti₃C₂ MXene的简便方法。气相沉积在Ti₃C₂表面，并部分插入到层间，直接获得新型二维RP/Ti₃C₂纳米复合材料。P元素通过共价键与基质紧密连接，提高了RP在存储和使用期间的安全性问题。由于MXenes的多面体特性，纳米复合材料具有广泛的应用前景。作为环氧树脂的阻燃剂，有效地减少了火灾的发生。一步剥离形成的纳米复合材料的制备为MXenes的实际应用提供了更可行的途径。
 
  
图1 磷蒸气对Ti₃C₂ MXenes的分层和插层示意图。
 
  
图2 (a) Ti₃C₂的透射电镜图像，(b) P-Ti₃C₂@P，(c) P-Ti₃C₂@P;(d) HRTEM， (e) SAED，(f) STEM HAADF图像的元素映射。
 
 
图3 (a)阶梯结构的TEM图像，(b) P-Ti₃C₂@P的AFM图像和高度剖面，(c) P-Ti₃C₂@P的薄层结构，(d) STEM-HAADF图像，(e) TEM-EDX光谱，(f -h) P-Ti₃C₂@P的元素映射。
 
  
图4 (a) XRD谱图;(b) P-Ti₃C₂@P的Ti 2p、O 1s和P 2p XPS谱图;(e) Ti₃C₂和P-Ti₃C₂@P的氮吸附等温线;(f) Ti₃C₂、RP和P的TGA谱Ti₃C₂@P， (g) XRD谱，(h,i) EP及其复合材料的TGA和DTG谱。
 
 
图5 (a-d) 断口的SEM图像和 (e) EP/Ti₃C₂和 (f,g) EP/P-Ti₃C₂@P的TEM图像。
 
  
图6 (a) EP及其复合材料的HRR曲线，(b) THR曲线，(c) TSP曲线，(d) TSR曲线，(e) COP曲线，(f) CO2P曲线(填料添加量为2 wt %)。
 
 
图7 (a - c) EP/Ti₃C₂、EP/RP残焦的EX、IN残焦的俯视图、前视图数码照片和SEM照片
(d - f) EP/Ti₃C₂、EP/RP和EP/P−Ti₃C₂@P半焦残基的拉曼光谱;(g)环氧复合材料半焦残基的XRD图谱。
 
 
图8 EP和EP/P的TG - FTIR结果:(a)最大分解速率下热解产物的FTIR谱图，(b)不同分解温度下气体产物的FTIR谱图，(c) Gram - Schmidt谱图，(d)芳香族化合物，(e)烃类。(f) EP及其复合材料的存储模量和(g) tan δ曲线。
 
  
图9 P−Ti₃C₂@P阻燃机理示意图。
 
      相关科研成果由北京理工大学Ye-Tang Pan和沈阳化工大学Na Wang等人于2021年发表在ACS Appl. Mater. Interfaces（https://doi.org/10.1021/acsami.1c11863）上。原文：Delamination and Engineered Interlayers of Ti3C2 MXenes using Phosphorous Vapor toward Flame-Retardant Epoxy Nanocomposites。

转自《石墨烯研究》公众号