电化学法环保规模化制备MXene

电化学法环保规模化制备MXene

        自2011年Gogotsi等人首次发现的2D Ti3C2Tx以来，MXene由于其优异的机械、电学、光学和电化学性质使其成为了二维材料中的新星。它们被广泛应用于在能源转换与储存、光电催化、电磁干扰屏蔽、海水淡化、生物传感器、神经电极等方面。到目前为止，已经合成了30多种具有不同的化学和物理性质MXene, 其目前主流合成方法是用氢氟酸(HF)或原位生成HF去刻蚀MAX生成MXene。然而, 氢氟酸的剧毒和腐蚀性使其无法大规模生产。另外，通过高温熔盐法也能选择性地蚀刻A原子层，但是由于缺乏亲水官能团 (-OH / -O) ，在获得多层或单层MXene时困难重重。除此之外，使用电化学法也能刻蚀掉A原子层从而获得MXene，然而低产量和以MAX为电极限制了其大规模生产。因此，迫切需要开发出一种绿色规模化制备MXene方法。

        二维过渡金属碳化物和氮化物（MXenes）最独特的性能之一是其优异的水分散性，同时具有优异的导电性，但其工业规模应用受到昂贵的化学合成方法的限制。格里菲斯大学钟育霖教授和深圳大学苏陈良教授报道了一种绿色环保可大规模制备MXene的电化学剥离方法。该方法仅用氟化铵作为电解质，采取简单的双电极填充式电化学反应器 （PBER）来制备MXene, 其产率高达72.3%，生产速率为206 mg/h。 其氟化铵电解质能重复使用，而且电极是便宜丰富的石墨电极，这些优点使得该方法在工业化生产上具有广阔前景。在这项工作中，MXenes 的利基特征在填充床电化学反应器中得到了利用，以前所未有的反应速率和产量生产 MXenes，同时化学废物最少。采用简单的NH 4 F溶液作为绿色电解液，可以重复使用而不会降低其功效。令人惊讶的是，发现氟化物和铵在层状母体材料（MAX）的电化学蚀刻、功能化和膨胀中发挥着关键作用，通过这些作用可以观察到氨气的释放。电化学生产的MXenes具有优异的导电性，用作超级电容器电极，可以提供超高的体积容量（1408 F cm -3）和体积能量密度（75.8 Wh L -1）。这种革命性的绿色、节能和可扩展的电化学路线不仅将为 MXene 的工业规模生产铺平道路，而且还为改进 MXene 的功能开辟了无数多功能的电化学修饰。该文章以“Green and scalable electrochemical routes for cost-effective mass production of MXenes for supercapacitor electrodes”为题发表在Carbon Energy上。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/cey2.295