二维膜的精密构筑和结构调控策略综述

膜分离技术效率高、能耗低,在水处理和气体分离等领域有重要应用。二维膜是一类新兴的分离膜,由高横纵比的二维纳米片组装而成,成膜容易、力学性能好、结构可设计、可调控;在实验室范围内实现了有机溶剂脱水、纳滤、离子截留、气体筛分等领域的高效分离,有望突破传统分离膜的性能上限;但目前对二维膜的研究仍处于初期阶段。如何对二维膜进行精密构筑和结构调控,以优化其分离性能,使之针对不同的分离体系、在各分离尺度达到理想的分离效果仍具挑战。面对如何提高二维膜的渗透性、选择性和稳定性这三项性能评价指标,本文综述了系列二维膜的精密构筑和结构调控方法,包括离子交联、客体材料插层、表面改性等,分别从二维膜的层间距调控、二维纳米片相互作用关系的调节、二维膜的通道有序性等方面设计与构筑二维膜的分离通道,以实现二维膜分离性能的全面提升。     

二维层状膜在离子传质与分离方面的研究进展

二维层状膜由二维纳米片的层层堆叠而成，由于相邻纳米片之间二维毛细通道展现出的选择性传质特性，受到研究者广泛关注。从对二维层状膜的溶胀现象出发，系统总结了纳米通道尺寸调控策略，并分析了其他尺寸因素对离子传输行为的影响，总结了通道表面电荷以及特异性结合基团与离子传输与分离效率的关系。综述了近几年有关二维层状膜在离子传质与分离方面的研究现状、进展以及存在问题，旨在为高性能离子筛分层状膜的结构设计和应用提供理论参考。     

MXene/PVDF复合膜的制备、性能调控及其应用研究进展

二维过渡金属碳/氮化物（MXene）是一种新型二维碳化纳米材料，具有横向比率大、传输途径短和纳米通道多等独特优点。该文首先综述了MXene/聚偏氟乙烯（PVDF）膜的制备工艺，并分析了MXene与PVDF膜的电性能、机械性能、热性能、抗菌性能、化学稳定性等性能之间的调控关系；然后综述了MXene/PVDF复合膜在分离膜、高介电膜、电磁屏蔽膜等领域中的应用进展；最后对MXene/PVDF膜的发展方向进行了展望：在当前的研究阶段中，对PVDF膜进行抽滤处理仍然是发挥MXene优异性能的有效途径，这是一个主要的研究手段；同时，进一步深入研究MXene对PVDF膜定向调控的多功能性机制，有助于更好地理解MXene与PVDF膜之间的相互作用规律；此外，应该加强应用型研究，形成较完善的实际应用体系，这有助于更好地理解MXene/PVDF复合膜的自身性质和性能，推动MXene/PVDF复合膜在各领域的应用研究和实际发展。     

压力驱动下MXene膜的离子渗透

随着工业化进度的不断加快,化工废物中的金属离子对环境的污染越发显著。目前采用二维层状膜对金属离子筛分是一种较为有效、经济的方法。本文利用Li F+HCl混合溶液刻蚀法制备MXene (Ti3C2Tx)二维纳米片,通过真空辅助抽滤法将其组装成二维层状MXene膜,并用于阳离子的筛分。研究表明,该膜对K+、Na+具有较高的渗透性,渗透通量分别为0. 577 mol·h-1·m-2,0. 972 mol·h-1·m-2,但对离子半径较大的金属Cu2+具有良好的截留性能,截留率高达40%。这表明该膜有望用于废水中较大金属离子的脱除。     

大连化物所二维金属碳化物基储能材料研究取得新进展

正近日,中国科学院大连化学物理研究所二维材料与能源器件研究组研究员吴忠帅团队通过在KOH溶液中震荡处理二维金属碳化物纳米片(MXene),成功制备了层间距扩大的碱化MXene纳米带,并发现其具有优异的储钠和储钾性能。MXene是一类新型二维金属碳(氮)化物纳米片,常见的Ti_3C_2 MXene片已被证实是一种先进储能电极     

基于二维纳米材料的水处理功能膜研究进展

二维纳米材料是制备膜材料中一类重要的掺杂材料或膜构筑单元,也是新型水处理功能膜的研究热点。已有许多研究报道了二维纳米材料通过有序的堆叠和自组装在膜内构建出规整的水通道,可以赋予膜可调控的分离性能,进而实现trade-off效应的突破,被认为是“下一代膜材料”（next-generation membranes）。同时,二维纳米材料的独特片层结构、催化性能及可修饰性可使膜材料获得新的功能,如导电性能、光/电催化性能等。本文综述了近年来基于二维纳米材料的水处理功能膜研究进展,重点介绍了共混法、自组装等制备方法,并总结了此类功能膜在抗污染、膜通量恢复、强化污染物去除、调控盐截留及污染物监测领域的应用。最后对基于二维纳米材料的水处理功能膜发展方向,如限域催化、调控盐分离、监测传感等新兴领域进行了分析和展望。     

MXene/聚合物复合材料研究进展

简要介绍了新型过渡金属碳/氮化物二维纳米层状材料MXene,对其制备、改性及在聚合物复合材料中的应用进行了系统综述.     

MXene在生物质基储能纳米材料领域中的应用研究进展

MXene是一种类石墨烯结构的层状二维纳米材料，具有高导电性和高比表面积等优点，常用在储能领域。MXene含有丰富的端基官能团，易与生物质纳米材料形成交联结构并拓宽其层间距，从而提高储能器件的柔韧性及提供更多的离子传输通道。故MXene用于生物质储能纳米材料逐渐成为研究热点之一。本文综述了近年来MXene复合生物质基纳米材料在储能领域中的应用，首先介绍了不同MXene的制备方法及其优劣势，其次分别介绍了用CNF、BC、CNC等材料对MXene储能器件的优化改性方法，并总结了MXene复合生物质纳米材料在超级电容器、纳米发电机、二次电池等三种前沿储能器件中的物化特点及性能优势，重点分析了生物质纳米材料在MXene/生物质纳米复合材料中的功能。最后，对MXene复合生物质纳米材料在储能领域所面临的挑战及其未来应用前景进行了分析与展望。     

氧化石墨烯分离膜的性能调控及其传质机理研究进展

氧化石墨烯（GO）作为理想的膜构筑材料,因其蜂窝状的结构特点及表面分布大量含氧基团的特性,被广泛用于水处理分离膜的构筑。GO膜具有良好的物理特性、优异的化学稳定性和独特的二维层状结构,在污水处理、脱盐和离子筛分等水处理领域备受关注。在水处理中,GO膜对有机物和离子有较好的截留效果,但也存在水通量低、稳定性差等问题。本文分析了近年来GO膜在水处理领域的研究新进展;简单总结了GO膜的制备方法和水处理应用;重点阐述了GO水处理膜分离性能优化的方法和传质机理的研究进展;最后总结并展望了GO膜在结构调控和性能提升方面的发展方向。本文为设计和制备高性能GO水处理膜提供参考。     

大连化物所二维金属碳化物纳米片衍生物研究获进展

正近日,中国科学院大连化学物理研究所二维材料与能源器件研究组研究员吴忠帅团队发展了一种同时氧化和碱化的新策略,一步法实现了二维金属碳化物纳米片(Ti_3C_2MXene)向超薄钛酸钠或钛酸钾纳米带的转变,发现其具有优异的储钠和储钾性能。MXene是一类新型二维金属碳(氮)化物纳     

新型二维材料MXene吸附重金属的研究进展

近年来,新型纳米材料MXene因独特的形态及化学结构受到了广泛关注。MXene是一个二维过渡金属碳化物和氮化物的家族,通常由刻蚀前驱体MAX层状金属陶瓷相合成。通过刻蚀较弱的A原子将MAX上下两层抽出,即可得到层状的MXene材料。该类材料具有类石墨烯二维层状结构、较大的比表面积、良好的亲水性能、优异的稳定性和导电性,...     

MXene基单原子催化剂在去除水体有机污染物的研究进展

工业的快速发展导致了严重的有机水污染，对环境构成了严重威胁。MXene作为一种新型二维材料，由于优越的导电性、大的比表面积以及丰富的表面功能团等，受到广泛关注。然而MXene仍然存在纳米片堆积和催化过程中快速的电子-空穴复合等问题，这严重限制了其实际应用。通过将金属单原子锚定在MXene纳米片之间，形成MXene基单原子催化剂可以有效解决上述问题。本文综述了原始MXene和以MXene为基底的单原子催化剂的合成方法，并概述了MXene基单原子催化剂在去除水体有机污染物方面的研究进展，并对其未来的发展做出展望。     

二维MXene材料在太阳能电池和金属离子电池中的研究进展

MXene是一种新型二维材料,具有导电性髙、表面官能团丰富、层间距和能带结构可调等特点,从而在新能源器件中拥有重要的研究价值。综述了MXene在太阳能电池和金属离子电池中应用的相关进展。在太阳能电池中,基于MXene高电导率、高透明度和功函数灵活可调的特点,讨论了其在电极和载流子传输层中的相关应用研究,并对MXene功函数调整的策略进行了总结。在金属离子电池中,基于MXene独特的二维层状结构、优异的力学性能和良好的导电性,讨论了MXene作为负极材料以及与碳纳米材料、金属氧化物和硅组成的复合材料对电化学性能的提升作用,并对MXene在正极材料、集流体以及隔膜中应用也进行了介绍。最后对MXene的下一步发展进行了展望。     

Pd-Au/MXene(Ti3C2)纳米复合材料高效能电催化氧化乙醇

设计高性能、低成本的小分子醇类电化学氧化催化剂是直接燃料电池实际应用的一大挑战.利用抗坏血酸(VC)作为还原剂,有效还原钯、金前驱体盐,并与二维(2 D)层状结构MXene(Ti3 C2)有效复合,制得Pd-Au/MXene纳米复合材料,并深入研究该材料在碱性条件下对于乙醇氧化反应的电化学催化性能.通过电子扫描电镜(S...     

CD-MOF二维层状膜制备及混合溶剂精准分离研究

随着膜分离技术的迅速发展,其应用于混合溶剂分离以替代传统高能耗精馏等操作受到了越来越多研究者的关注,但制备具有均匀亚纳米筛分孔的分离膜是其面临的挑战。利用苯甲酸诱导各向同性的环糊精金属有机框架（CD-MOF）三维立方颗粒产生错层结构,再通过液相超声剥离法制得CD-MOF纳米片,以此为构筑单元制备二维层状MOF膜。膜内CD-MOF纳米片含有丰富、连通且均匀的本征亚纳米孔（0.78 nm）,可识别分子间微小的尺寸差异,实现混合溶剂精准分离。如CD-MOF层状膜对溶解在苯中的均三异丙基苯与二异丙基苯混合液（摩尔比为1∶3）的分离因子达到7.4。此外,膜对溶解在甲醇中的甲基橙染料（1.0 nm）截留率达到99.6%,且甲醇通量达84.3 L·m^-2·h^-1·bar^-1。     

CD-MOF二维层状膜制备及混合溶剂精准分离研究

随着膜分离技术的迅速发展,其应用于混合溶剂分离以替代传统高能耗精馏等操作受到了越来越多研究者的关注,但制备具有均匀亚纳米筛分孔的分离膜是其面临的挑战。利用苯甲酸诱导各向同性的环糊精金属有机框架（CD-MOF）三维立方颗粒产生错层结构,再通过液相超声剥离法制得CD-MOF纳米片,以此为构筑单元制备二维层状MOF膜。膜内CD-MOF纳米片含有丰富、连通且均匀的本征亚纳米孔（0.78 nm）,可识别分子间微小的尺寸差异,实现混合溶剂精准分离。如CD-MOF层状膜对溶解在苯中的均三异丙基苯与二异丙基苯混合液（摩尔比为1∶3）的分离因子达到7.4。此外,膜对溶解在甲醇中的甲基橙染料（1.0 nm）截留率达到99.6%,且甲醇通量达84.3 L·m^-2·h^-1·bar^-1。     

二维MXene材料在油水分离领域的研究进展

在石油开采、运输和加工过程中，大量油类污染物不可避免地进入到水体中，造成资源浪费的同时也严重破坏了生态环境。MXene是一种拥有二维片层结构的过渡金属碳/氮化物，由于其特殊的微观结构和优异的亲水性，已在油水分离领域得到了研究者的广泛关注。然而，MXene的油水分离研究还处在起步阶段，分离机理也有待进一步明确。首先归纳总结了MXene纳米片的制备方法，从MXene表面润湿性原理的角度出发，结合MXene独特的物理化学性质，从理论上论证了MXene材料应用于油水分离领域的可行性。其次，综述了当前MXene基吸附材料与MXene基膜材料在油水分离领域的最新研究进展，证明了MXene材料能有效地处理不同类型的含油废水，并系统地分析了MXene材料对于油污的吸附和分离机理。最后，归纳了目前MXene在油水处理过程中面临的各种挑战，并对MXene在油水分离领域的未来发展做了展望。     

MXene的制备及其在高比能碱金属电池中的应用

双碳目标下,具有高比能量的碱金属电池受到广泛关注,但电池循环过程中枝晶的生长会带来严重安全隐患。新型二维材料（MXene）具有优异的导电性、充足的层间空间、稳定的层状结构,作为金属负极保护材料具有应用价值。首先介绍了MXene的不同制备方法,之后对MXene在金属负极保护领域的应用现状进行了分析和评价。其中,重点总结了三大类MXene与碱金属复合的方法（滚压法、熔融灌注法、电沉积法）,指出当前方法普遍存在易氧化、操作难度大、难以大规模生产等弊端。最后提出MXene的发展应参考石墨烯材料的发展策略,更多地利用其表面活性官能团和片层结构,构筑独立集流体或保护层以获得更好的循环性能。     

电活性MXene膜电极构造原理与水质净化应用研究进展

电活性膜净水技术可借助电化学反应和膜分离的耦合协同作用实现对污染物的短流程高效去除，具有传质效率高、能耗低、抗污染、适应性强等优势，在水处理中展现出巨大的应用潜力。为深入研究电化学水处理技术机理，围绕电活性MXene(E-MXene)膜电极的构造原理与水质净化应用，以典型的MXene及其复合膜电极材料为例，对E-MXene膜电极的构筑原理、策略及其在水质净化领域中的应用研究进行了综述，之后对E-MXene膜电极在重金属去除、油水分离、脱盐及耦合处理技术等领域的研究进展进行了系统性回顾，并对E-MXene膜技术在水处理领域的未来发展趋势进行了展望。     

二维晶体Ti3C2Tx MXene发射与屏蔽电磁波的研究进展

MXene是一种新型二维材料,通过剥离层状陶瓷MAX相而制备.Ti3C2Tx MXene 是第一种制备的MXene,也是应用最广泛的MXene.Ti3C2Tx MXene具有良好亲水性,可以分散在水中制备成薄膜.同时具有良好导电性,具有叠层结构,电磁波可以在材料内部的界面多次反射.因为独特的性能与结构,MXene可以作...