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天津大学杨全红课题组–借助氧化石墨烯从2D MXene水凝胶组装成3D宏观结构

将2D MXene片组装成3D宏观结构,克服了2D MXene片本身的严重堆垛问题,并发展了MXene基功能材料。与石墨烯不同,由于MXene的固有特性,直接从单个2D片中组装成3D MXene很难实现。这里,利用一种新的凝胶方法,在氧化石墨烯和适宜还原剂协助下,从2D MXene片组装了3D水凝胶。将其作为超级电容器电极,该水凝胶实现的电容达370 F g-1(电流密度为5 A g-1时),更重要的是,它还显示出极高的倍率性能。此外,通过可控的干燥过程,可将MXene水凝胶转变成不同的整体材料。所制备的3D多孔MXene气凝胶具有出色的吸附能力,可同时去除各种有机液体和重金属离子,而固体具有出色的机械性能(高杨氏模量和硬度)。

天津大学杨全红课题组--借助氧化石墨烯从2D MXene水凝胶组装成3D宏观结构

Figure 1. 形成MXene水凝胶的示意图。

天津大学杨全红课题组--借助氧化石墨烯从2D MXene水凝胶组装成3D宏观结构

Figure 2.MXM的形貌与微观结构:(a-c)冷冻干燥法,(d-f)毛细管干燥法获得MXH的光学照片和不同放大倍数下的SEM图,(g)N2吸脱附曲线,(h)孔径尺寸分布情况。

天津大学杨全红课题组--借助氧化石墨烯从2D MXene水凝胶组装成3D宏观结构

Figure 3. (a-b)不同放大倍数下的TEM图,(c)SEM图和相应的EDS漫谱图,(d)EDA-rGO, MXene 粉末和F-MXM的XRD图,(e)不同氧化石墨烯量情况下制备的水凝胶光学图。

天津大学杨全红课题组--借助氧化石墨烯从2D MXene水凝胶组装成3D宏观结构

Figure 4. MXene的组装机制。(a)Ti 2p XPS谱,(b)MXH形成机制,(c)不同还原剂制备水凝胶的照片。

天津大学杨全红课题组--借助氧化石墨烯从2D MXene水凝胶组装成3D宏观结构

Figure 5. MXH 和 F-MXM电极的电化学和吸附性能。(a-c)MXH, MX/GN薄膜和 MXene薄膜电极的电化学性能,包括倍率性能,循环伏安曲线,电化学阻抗谱,(d)吸附效率,(e)对几种重金属离子的吸附能力,(f)F-MXM对四氯化碳和Pb2+的吸附再循环能力情况。

该研究工作由天津大学杨全红课题组于2019年发表在Adv. Funct. Mater.期刊上。原文:3D Macroscopic Architectures from Self-Assembled MXene Hydrogels(DOI: 10.1002/adfm.201903960)

本文来自石墨烯杂志,本文观点不代表利特纳米立场,转载请联系原作者。

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