二維材料正在引領新材料領域的革新浪潮，可加速全球產業升級和技術創新，尤其在新能源、航空航天、柔性電子和生物醫療等領域展現出巨大的市場潛力。作為其中最具前景的材料之一，MXene因其優異的導電性、親水性和力學性能迅速成為研究焦點。然而，當前單層MXene的製備面臨產率低、批次間質量和性能不穩定問題，嚴重製約了其在實際工業中的應用推廣。因此，實現高效、穩定的單層MXene高產率製備，已成為推動MXene大規模產業化的關鍵挑戰。
近日，空間電源全國重點實驗室成員、哈爾濱工業大學化工與化學學院樊志敏副教授帶領團隊在二維MXene材料規模化製備領域取得重要進展，成功開發出一種基於高溫超聲的剝離技術，實現了單層MXene的高效、高產率製備。相關成果以《從多層MXene實現可擴展的高產單層MXene製備及其多種應用》（Scalable, High-Yield Monolayer MXene Preparation from Multilayer MXene for Many Applications）為題發表在《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）上。該研究拓寬了MXene在智能可穿戴設備、能源器件等領域的應用前景。哈爾濱工業大學化工與化學學院為論文第一完成單位和通訊單位。該研究獲國家自然科學基金和黑龍江省重點研發計劃資助。
團隊經多年研究發現，多層MXene終端的含氧官能團與水分子之間形成的氫鍵籠結構是阻礙其難以高效剝離的重要原因。在70°C和適中的超聲功率條件下，氫鍵籠約束被顯著削弱，使得超聲空化產生的微氣泡能更容易滲透到多層MXene的層間，從而實現溫和且徹底的剝離。通過這一方法，僅需數十分鐘便可高效製備出高質量和大尺寸的單層MXene，產率高達95%，產量遠超傳統方法。
高溫超聲克服氫鍵籠約束過程
運用該技術製備的高產率單層MXene在物理和化學性能上與傳統工藝製備出的相同，確保了其在實際應用中的可行性和可靠性。團隊進一步將這一工藝運用到百克級的生產規模，穩定實現了超過90%的高產率，為MXene的工業化生產提供支撐。此外，運用高產率單層MXene製備的高濃度墨水展現出卓越的印刷和加工性能，相關產品在紅外隱身和焦耳加熱等應用中表現出色。
來源：哈爾濱工業大學新聞網
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202418420
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原標題：《【復材資訊】哈爾濱工業大學樊志敏副教授團隊實現單層MXene的高效、高產率製備》
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來源：中國複合材料學會
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