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电子科技大学XuXiao课题组--提取膨润土的Ti3C2Tx MXene基复合材料在空气中的高温稳定性
        虽然Ti3C2Tx MXene因其金属导电性和高加工性而成为催化、储能、电磁干扰屏蔽等许多应用领域的有前途的材料,但其在高温下的抗氧化性较差,使其在恶劣环境下的应用具有挑战性。在这里,我们报告了一种具有提取膨润土(EB)纳米片的空气稳定的Ti3C2Tx基复合材料。在这种情况下,氧分子被显示优先吸附在EB上。EB上氧的饱和吸附进一步抑制了更多氧分子吸附在Ti3C2Tx表面由于吸附的O2和Ti3C2Tx之间的pd轨道杂化减弱,这是由Ti3C2Tx/EB界面耦合引起的。因此,该复合材料能够在空气或潮湿环境中耐受高退火温度(400℃以上几个小时),表明在恶劣条件下的抗氧化性能得到极大改善。上述发现与Ti3C2Tx的终止率无关通过不同的合成途径获得。该复合材料用作太赫兹屏蔽材料,经过高温处理,即使高达600℃仍保持其屏蔽能力,而原始的Ti3C2Tx被完全氧化,没有太赫兹屏蔽能力。还展示了焦耳加热和热循环性能。 
 
Figure1.示意图显示了原始Ti3C2Tx的氧化过程(从边缘开始)和MEB在存在氧气的高温退火下的氧化抑制。顶行显示了原始Ti3C2Tx的氧化,这是由与氧分子相互作用引起的,并且Ti3C2Tx最终转变为TiO2。底行显示MEB的抑制氧化,与Ti3C2Tx相比,这是由氧分子在EB上的先前吸附引起的。即使在EB上O2饱和吸附后,由于Ti3C2Tx和EB之间的耦合作用,更多的O2分子仍被排斥在Ti3C2Tx的表面上。
 
 
Figure2.原始Ti3C2Tx和MEB在存在氧气的高温退火下的表征。(a)带有EDX映射的MEB的横截面STEM图像。(b)原始Ti3C2Tx薄膜和MEB薄膜在合成空气中400℃退火2小时前后的光学图像。(c)MEB-RT和MEB-Air-400C-2的拉伸应力-应变曲线。退火的Ti3C2Tx薄膜(d)和MEB薄膜(e)的横截面SEM图像。(f)Ti3C2Tx薄膜在400℃合成空气中处理2、4和6小时前后的拉曼光谱。(g)MEB薄膜在400℃下合成空气处理2、4和6小时前后的拉曼光谱。 
 
Figure3.MEB的耐高温机理。(a)Ti3C2Tx,(b)EB和(c)MEB的18/H2O和44/CO2的原子质量单位(amu)在空气中的热重(TG)曲线和质谱分析(MS)。(d)一种O2稳定构型吸附在Ti3C2O2、EB和Ti3C2O2/EB异质结构上的电荷密度差异图。在异质结构中,EB受到饱和氧吸附。等值面水平设置为0.0002e/Å3除了吸附在EB上的O2值为0.0006e/Å3。黄色区域表示电荷积累,绿色区域表示电荷耗尽。(e)Ti3C2Tx-RT和MEB-RT的O1s的X射线光电子能谱(XPS) 。 
 
Figure4.MILD-Ti3C2Tx和HF-Ti3C2Tx的不同终止率,以及MILDMEB在氧气存在下的耐高温性能。(a-c) 分别为原始HF-Ti3C2Tx和MILD-Ti3C2Tx薄膜的O1s、F1s和Cl2p信号的XPS。(d) HF-Ti3C2Tx和MILD-Ti3C2Tx的终止比通过XPS测量,并附有表格。(e) MILDTi3C2Tx的拉曼光谱在400℃的合成空气中处理2、4和6小时之前和之后。(f) MILDMEB在400℃合成空气中处理2、4和6小时前后的拉曼光谱。 
 
Figure5.MEB的潜在应用。(a-c)MEB的THz EMI屏蔽特性。Ti3C2Tx-RT、MEB-RT、Ti3C2Tx-Atmos-400C-6、MEB-Atmos-400C-6的0.2–1.3THz的EMISE。bTi3C2Tx-Atmos-500C-2、600C-2和MEB-Atmos-500C-2、600C-2的0.2–1.3THz的EMISE。c样品的平均太赫兹SE显示在图5a(左)和图5b(右)中。(d)MEB和Ti3C2Tx的长期焦耳热性能薄膜由3.0V的外加电压驱动。(e)MEB薄膜的热循环性能,这是通过反复打开和关闭外加电压(3.0V)来实现的。
 
     相关研究工作由电子科技大学 Xu Xiao课题组于2022年在线发表于《Nature Communications》上,原文:High-temperature stability in air of Ti3C2Tx MXene-based composite with extracted bentonite。

转自《石墨烯研究》公众号 
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