摘要：芬兰阿尔托大学吕仲鹏博士和芬兰奥卢大学Krisztian Kordas教授及其同事们利用MXene的良好的导电性，使用微波辅助法快速原位的制备了MXene聚合物插层材料。该方法有效避免了高温反应中MXene材料的氧化问题，同时所制备的材料还表现出优异的气体传感性能。
关键词：MXene，二维材料，微波辅助反应，气体传感
MXene材料自2011年被发现以来，由于其良好的导电性、丰富的表面官能团和超亲水性备受科研人员青睐，而基于MXene的复合材料则具有更丰富的性能与更广阔的应用前景。其中高分子插层的MXene材料因其独特的结构和性能引起了研究者极大的兴趣。例如在超级电容器中，高分子插层可以提供较大的层间距并促进离子的快速传输并改善电荷存储容量；在气体传感中，MXene中的高分子插层材料可以提高选择性以及调控MXene层间水的分子动力学而进一步影响传感性能。然而，目前 道的MXene的插层材料大多通过与阳离子高分子和一些有机溶剂共混制备，或是通过温和的原位聚合反应制备而来，如插层聚吡咯和聚苯胺等。而其它的高温反应，即使有惰性气体的保护，在操作过程中也容易使得MXene氧化。如何在保证MXene在不氧化的前提下更加方便快捷地制备MXene高分子插层材料，仍是有待解决的科学问题。
芬兰阿尔托大学的吕仲鹏（Zhong-Peng Lv）博士和奥卢大学的Krisztian Kordas教授及其同事们针对这一问题，利用Ti 3 C 2 T x 的优良的导电性，使用微波辅助的方法快速原位的合成了Ti 3 C 2 T x 的聚方酸菁插层材料。有效的高分子插层使得Ti 3 C 2 T x 层间距有效扩大了3 ?。较短的反应时间有效避免了高温下Ti 3 C 2 T x 的氧化问题。研究者们认为，微波辅助的原位插层方法具有较好的普适性，可以用来制备更多的具有优异性能的MXene高分子复合物。
使用插层材料制备的器件相较于纯Ti 3 C 2 T x 器件对氨气的传感性能获得了极大的提升，同时器件也具备优良的稳定性和可重复性。插层材料传感性能的提升可以归于以下几个方面。首先，Ti 3 C 2 T x 丰富的表面官能团（-O、-F和-OH）有助于与NH 3 相互作用。其次，方酸菁聚合物插层也引入了额外的吸附活性位点，因为它的两性离子共振（N+和O-）结构能够与NH3形成H键以及离子-偶极相互作用。第三，扩大的层间距使分析物更容易进入层间的吸附位点，从而使传感器对分析物更敏感。聚方酸菁和Ti 3 C 2 T x 的简单混合物对照试验表明，其对NH 3 的响应程度只有相应插层复合物的九分之一，这表明聚合物在MXene中的有效插层的对传感性能提升具有重要影响。
WILEY
论 信息：
MXene-Polymer Hybrid for High-Performance Gas Sensor Prepared by Microwave-Assisted In-Situ Intercalation
Jin Zhou, Seyed Hossein Hosseini Shokouh, Hannu-Pekka Komsa, Lassi Rieppo, Linfan Cui, Zhong-Peng Lv,* Krisztian Kordas*
Advanced Materials Technologies
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Materials
Technologies
期刊简介
Advanced Materials Technologies创刊于2016年4月， 是一本刊载技术相关的衔接材料科学和实际应用的高质量期刊，着重于基于新材料的先进工程、器件设计和新技术。Advanced Materials Technologies于2017年初被Web of Science收录，最新的影响因子为7.848。
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