MXenes 是一种寿命长达十年的陶瓷材料,于 2011 年在德雷塞尔大学首次发现 1 。它们的通式为 M n +1 X n T x , (n=1,2,3) ,其中 T 是表面终止原子,M 是早期过渡金属,X 是 C 或 N 2-4 ,MXenes 直接从其相应的 MAX 相蚀刻而成。后者是层状碳化物或氮化物结构,公式为 M n +1 AX n , (n=1,2,3) ,其中 A 是元素周期表 A 族元素,通常是第 13 或 14 族。在图 1 中,我们可以看到元素周期表中 MAX 相和 MXenes 的成分以及它们的结构。具有 OH 或 F 终端的碳化钛 Ti 3 C 2 是从钛铝 MAX 相 Ti 3 AlC 2 1 中发现的第一个 MXene。由于 Ti 3 C 2 T x MXene 仍然最具导电性 6–8,文献中对其在二次(即可充电)电池中的应用潜力进行了广泛研究。为此,人们试图通过操纵终端原子 8,9 来控制其电子和机械性能。可充电离子电池是一种基于离子插入的储能装置 10。通常,离子电池由阴极(正极)和阳极(负极)组成,并与含有离子的电解质接触。两个电极由微孔聚合物膜(隔膜)隔开,该膜阻止电子与离子一起在它们之间穿过 11。商用电池单元通常是在放电状态下生产的,而阳极和阴极电极在与大气接触时需要保持稳定 11。充电时,电极需要连接到外部电源,而电池
临床研究常规表明,个体患有维生素D的缺乏症,这可能导致健康并发症,包括心血管疾病,自身免疫性疾病,神经退行性疾病和不同的骨骼畸形。鉴于其在体内平衡中的不可或缺的作用和与许多病理的联系,维生素D的早期诊断至关重要。但是,由于现有方法的成本,时间和复杂性,监测维生素D水平是具有挑战性的,尤其是在偏远地区。在这里,我们开发了一种基于抗体功能化MXENE的维生素D的电化学生物传感器,提供了临床相关的敏感性,特定的特定性和可促进点测试的敏感性。ti 3 c 2 t x mxene纳米片通过与聚乙基亚胺的静电驱动的修饰化氨基官能化,然后将其功能用于通过戊二醛化学的抗Vitamin d抗体共轭的共轭。该平台的检测极限为1 pg mL -1,具有动态范围(0.1 - 500 ng ml -1),涵盖临床上相关的缺乏效率,不足,舒适性和毒性。
1美国大诺伊达萨尔达大学化学与生物化学系201306,印度2 2013年,昌迪加尔大学机械工程系,加里安,莫哈利,莫哈利,旁遮普邦,印度旁遮普省3号研究中心3研究中心,奇卡拉大学工程与技术研究所,拉杰布拉,拉杰布拉,旁遮普邦140401,印度40401,印度40401,政府卫生学院。医院SAVEETHA医学和技术科学研究所(SIMATS)CHENNAI-602105,印度泰米尔纳德邦6号泰米尔纳德邦6印度海得拉巴航空工程学院机械工程系7 201306,印度2013年,昌迪加尔大学机械工程系,加里安,莫哈利,莫哈利,旁遮普邦,印度旁遮普省3号研究中心3研究中心,奇卡拉大学工程与技术研究所,拉杰布拉,拉杰布拉,旁遮普邦140401,印度40401,印度40401,政府卫生学院。医院SAVEETHA医学和技术科学研究所(SIMATS)CHENNAI-602105,印度泰米尔纳德邦6号泰米尔纳德邦6印度海得拉巴航空工程学院机械工程系7 201306,印度2013年,昌迪加尔大学机械工程系,加里安,莫哈利,莫哈利,旁遮普邦,印度旁遮普省3号研究中心3研究中心,奇卡拉大学工程与技术研究所,拉杰布拉,拉杰布拉,旁遮普邦140401,印度40401,印度40401,政府卫生学院。医院SAVEETHA医学和技术科学研究所(SIMATS)CHENNAI-602105,印度泰米尔纳德邦6号泰米尔纳德邦6印度海得拉巴航空工程学院机械工程系7 201306,印度2013年,昌迪加尔大学机械工程系,加里安,莫哈利,莫哈利,旁遮普邦,印度旁遮普省3号研究中心3研究中心,奇卡拉大学工程与技术研究所,拉杰布拉,拉杰布拉,旁遮普邦140401,印度40401,印度40401,政府卫生学院。医院SAVEETHA医学和技术科学研究所(SIMATS)CHENNAI-602105,印度泰米尔纳德邦6号泰米尔纳德邦6印度海得拉巴航空工程学院机械工程系7201306,印度
作为迅速扩展的2D材料家族,MXENES最近引起了人们的关注。通过开发一种涂层方法,该方法可实现无传输和逐层膜涂层,研究了Ti 3 C 2 t x mxeneFim的非线性光吸收(NOA)。使用Z扫描技术,MXENEFILM的NOA在≈800nm处的特征。结果表明,随着层数从5增加到30的增加,从反向吸收吸收(RSA)转变为可饱和吸收(SA)。值得注意的是,非线性吸收系数的β变化从≈7.1310 2 cm GW 1到在此范围内的2.69 10 2 cm GW 1。也表征了MXENEFIM的功率依赖性NOA,并且观察到β的趋势下降以增加激光强度。最后,在≈1550nm处的2D mxene纤维的NOA的特征是将它们整合到氮化硅波导上,在其中观察到薄膜的SA行为,包括5和10层MXENE,与在≈800nm处观察到的RSA相反。这些结果揭示了2D MXENEFM的有趣的非线性光学性质,突出了它们的多功能性和实现高性能非线性光子设备的潜力。
附属机构:¹爱尔兰皇家外科医学院 (RCSI) 解剖与再生医学系组织工程研究组,123 St. Stephen's Green,都柏林 2,D02YN77,爱尔兰²先进材料与生物工程研究 (AMBER) 中心,RCSI 123 St Stephen's Green,都柏林 2,D02YN77,爱尔兰。 3 都柏林圣三一学院化学学院、自适应纳米结构和纳米器件研究中心(CRANN)和先进材料生物工程研究中心(AMBER),都柏林 2,爱尔兰 4 都柏林大学物理学院,都柏林圣三一学院(TCD),爱尔兰 5 都柏林圣三一学院(TCD)三一生物医学工程中心,爱尔兰*通讯作者:电子邮件:fjobrien@rcsi.ie 摘要:目前尚无针对中枢神经系统神经创伤的有效治疗方法,但电刺激方面的最新进展表明其在神经组织修复方面有一定前景。我们假设,将导电生物材料结构化整合到组织工程支架中可以增强神经再生的电活性信号传导。导电 2D Ti 3 C 2 T x MXene 纳米片由 MAX 相粉末合成,表现出与神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞的优异的生物相容性。为了实现这些 MXenes 的空间控制分布,采用熔融电写技术 3D 打印出具有不同纤维间距(低、中、高密度)的高度有序的 PCL 微网,并用 MXenes 对其进行功能化,以提供高度可调的导电性能(0.081±0.053-18.87±2.94 S/m)。将这些导电微网嵌入神经营养、免疫调节透明质酸基细胞外基质 (ECM) 中,可产生柔软、支持生长的 MXene-ECM 复合支架。在这些支架上接种的神经元受到电刺激,促进神经突生长,受微网中纤维间距的影响。在多细胞细胞行为模型中,与低密度支架和不含 MXene 的对照相比,在高密度 MXene-ECM 支架上刺激 7 天的神经球表现出显著增加的轴突延伸和神经元分化。结果表明,神经营养支架中导电材料的空间组织可以增强对电刺激的修复关键反应,并且这些仿生 MXene-ECM 支架为神经创伤修复提供了一种有前途的新方法。关键词:组织工程、3D 打印、导电、生物材料、MXene、支架、神经。
摘要:作为一种新型的二维(2D)过渡金属碳化物,氮化物或氮化碳,MXENE具有出色的物理结构和出色的机械性能,电导率和磁性特性,因此在不同的领域中广泛使用,例如电化学能量存储,微波炉吸收,微波吸收,电磁,电磁层。碳纤维(CF)是通过热处理和高温氧化制备的,导致表面光滑和缺乏活性基团,这不利于碳纤维和基质之间的粘附,从而产生碳纤维复合材料的界面性质。纳米颗粒以修饰碳纤维的表面以改善其粗糙度并提供活性基团。因此,通过其范德华力或氢,离子和共价键将MXENE引入CF表面,以改善CF和矩阵之间的机械互锁效果,从而改善复合材料的界面特性或启用功能应用。在本综述中,总结了各种合成方法,MXENE的结构特征和特性,并讨论了将MXENE引入MXENE通过不同技术将MXENE引入碳纤维表面修饰的研究进展,以增强界面性能和复合材料的功能应用。最后,提出了MXENE面临的挑战以及其在碳纤维复合材料中应用的发展前景。
Michalis Stavrou,* Benjamin Chacon,Maria Farsari,Anna Maria Pappa,Lucia Gemma Delogu,Yury Gogotsi,*和David Gray*
探索最多的mxenes之一是ti 3 c 2 t x,其中t x被指定为固有地形成终止物种。在许多应用中,Ti 3 C 2 t X是一种有前途的储能,能量转换和CO 2捕获设备的材料。然而,在Ti 3 C 2 t x -surface上进行吸附和表面反应的活动位点仍然是要探索的问题,这对何时获得正确和优化的表面需求的准备方法具有影响。在这里,我们使用X射线光电子光谱(XP)来研究诸如H 2,CO 2和H 2 O之类的常见气体分子的吸附,它们都可能存在于能量存储,能量转换和CO 2中 - 基于Ti 3 C 2 T x捕获设备。研究表明,H 2 O与Ti-Ti桥接位具有牢固的键合可将其视为终止物种。A O和H 2 O终止Ti 3 C 2 t X -Surface将CO 2吸附到Ti ti on top位点,并可能会降低存储正离子(例如Li +和Na +)的能力。另一方面,O和H 2 O终止Ti 3 C 2 t x -surface显示了分裂水的能力。这项研究的结果对MXENE制剂的正确选择以及MXENE周围的环境有影响,例如能量存储,CO 2 -Accapting,Energy转换,气体传感和催化剂。
制定绿色和有效的制备策略是2D过渡金属氮化物和/或碳化物(MXENES)领域的持续追求。传统的蚀刻方法,例如基于HF的或高温的Lewis-Acid-Molten-Molten-Salt蚀刻途径,需要更严格的蚀刻条件,并且表现出较低的制备效率,具有有限的可扩展性,严重限制了其商业生产和实际应用。在这里,通过使用NH 4 HF 2作为Etchant,提出了一种超快低温熔融盐(LTMS)蚀刻方法,用于大规模合成不同的MXENES。增加的热运动和改善的熔融NH 4 HF 2分子显着加快了最大相的蚀刻过程,从而在短短5分钟内实现了Ti 3 C 2 T X Mxene的准备。LTMS方法的普遍性使其成为快速合成各种MXENE的宝贵方法,包括V 4 C 3 T X,NB 4 C 3 T X,MO 2 TIC 2 T X X和MO 2 CT X。LTMS方法易于扩展,并且可以在单个反应中产生超过100 g Ti 3 c 2 t x。获得的LTMS-MXENE在超级电容器中表现出出色的电化学性能,显然证明了LTMS方法的效果。这项工作为大规模商业生产提供了一种超快,通用和可扩展的LTM蚀刻方法。
引言23自2004年24日成功去除石墨烯1以来进行的二维(2D)材料的积极研究导致发现了一种新的,新兴的2D材料,这些材料由碳化物和过渡金属的硝酸盐组成,25种称为Mxenes 2。mxenes是二维材料,具有通用式M n+1 x n t x,其中m是早期过渡26金属(例如,Ti,ti,v,cr),x是碳,氮或碳二氮,T是由O,OH,F,F,27和/或Cl 2组成的表面终止组。由于其引人注目的物理,电子和化学特性,MXENES吸引了巨大的理论28和在各种应用中的实验研究兴趣,例如锂离子电池3,4,气体传感器5,氢存储29 6和热电学7。在这些研究中,将近70%专用于Ti 3 C 2 t X,这是有史以来第一个实验30合成的MXENE 8。迄今为止,它被认为是最全面研究的MXENE。31 Ti 3 C 2 T X可以选择性地从其最大相位与氢氟酸(HF)蚀刻,其中A是元素元素32通常来自元素周期表的第13和14组(对于Ti 3 C 2 T x x)8。由于蚀刻后高反应性Ti表面,33去角质Ti 3 C 2 t X通常由随机分布的表面官能团(即O,OH,F)组成,这些表面官能团统称为34表示为T x 9。然而,由于模拟混合终止表面的复杂性和计算成本,理论研究中的大部分都考虑了Bare Ti 3 C 2 10,11或均匀终止的Ti 3 C 2 T X,具有单个功能性36组4,7,12-14。58这通常被视为MXENES 15的第一代和第二代模型。早期的实验努力,例如粉末X射线衍射(XRD)8,高分辨率透射电子显微镜(TEM)8,9,16和X射线原子对38分布函数(PDF)17,用于洞悉功能组成分的分布。然而,每种方法都因其对氢的不敏感而受到阻碍,这对于理解表面终止15至关重要。40因此,使用由高质量中子总散射法支持的原子对分布函数,Wang等。15 41获得了在不同条件下合成的Ti 3 C 2 t X结构的第一个分辨率,并提出了Ti 3 C 2 T X的多层42结构模型是MXENES的下一代模型。43受Wang等人的作品的启发,几项理论研究的重点是混合功能性44个组终止的影响(O,OH,F)。Caffrey 18提出了一个经验模型,以研究混合终止的Ti 3 C 2 T x和V 2 Ct X结构的结构变化和45个电化学性能的变化,而均匀终止的46个表面的变化。根据Caffrey研究,经验模型再现了与实验数据一致的晶格参数,状态的电子密度和47个工作函数。迄今为止,关于使用簇扩展方法的2D MXENE的表面功能化的最全面的研究和48个组成是由49 Ibragimova等人进行的。19。%和10 wt。%HF。在该研究中,在标准氢电极(SHE)50条件下,最佳O:OH:F组成为50:25:25,具有相似的分布模式,这些模式不受厚度和MXENE类型的影响。51然而,文献中仍然没有调整混合表面终止的设计途径。在PDF表征中使用52个能量色散X射线光谱(EDX),Wang等。15估计多层ti 3 c 2 t x样品中的平均原子比为53 o:f,用48 wt蚀刻时为0.85和1.4。基于54个O:F比率,Wang等。 得出T X的化学计量法,等于O 0.1(OH)0.8 F 1.1和O 0.13(OH)1.04 F 0.83。 此外,55总体结晶度和排序也受HF浓度的影响。 较高的HF浓度在表面终止中产生较高的56 F组成。 直觉上,这与57个可用的f的可能性增加是一致的,可终止HF浓度较高的新鲜蚀刻的Ti表面。 因此,受Wang等人的发现的启发。基于54个O:F比率,Wang等。得出T X的化学计量法,等于O 0.1(OH)0.8 F 1.1和O 0.13(OH)1.04 F 0.83。此外,55总体结晶度和排序也受HF浓度的影响。较高的HF浓度在表面终止中产生较高的56 F组成。直觉上,这与57个可用的f的可能性增加是一致的,可终止HF浓度较高的新鲜蚀刻的Ti表面。因此,受Wang等人的发现的启发。