浙江大学：金属辅助电凝胶法可控地形成多孔MXene（Ti3C2）的图案

【科研摘要】

自2011年被发现以来，过渡金属碳化物或氮化物（MXenes）由于其独特的性能而备受关注。将2D MXene薄片组装成3D架构的形态学调节策略赋予了刚形成的多孔MXene各种领域更好的性能。但是，仍然需要研究将多孔MXene与多功能和多通道电子设备集成的直接构图策略。最近，浙江大学梁波副研究员/叶学松教授团队提出的金属辅助电凝胶法可以直接生成具有可调特征的多孔结构MXene水凝胶。通过电解牺牲金属，释放的金属阳离子会引发电凝胶过程，在此过程中，阳离子与MXene片材之间会发生静电相互作用。

利用该方法可以实现低至微米级的高空间分辨率，从而使高性能水凝胶具有更复杂的结构。通过这种金属辅助电凝胶化工艺制备的电子产品显示出多孔MXene在能源和生化传感领域中的应用前景广阔。容量为33.3 mF cm-2的能量存储设备和生化传感器显示出对代谢产物的显着电流响应（H2O2的灵敏度：165.6 µA mm-1 cm-2；DA的灵敏度：212 nA µm-1 cm-2）。金属辅助电凝胶法将成为先进制造基于MXene的器件的前瞻性技术。相关论文以题为Controllable Patterning of Porous MXene (Ti3C2) by Metal-Assisted Electro-Gelation Method发表在《Advanced Functional Materials》上。

【主图导读】

图1 多孔Ti3C2 MXene水凝胶的可控构图。

图2 多孔Ti3C2 MXene的3D组装机理研究。

图3 探索使用电凝胶法的图案分辨率。

图4 多孔MXene水凝胶的应用。

【总结】

作者提出了使用金属辅助电凝胶法的多孔MXene水凝胶的可控构图策略。提出的方法学不仅解决了目前的多孔MXene水凝胶不能直接图案化的问题，而且为将一步式多孔MXene改性到各种器件上提供了新的思路。空间和分辨率可控制性的显着特征证明了该方法的巨大优势，实现了最低至微米级别的最小水凝胶图案化分辨率。当然，通过使用诸如光刻的更复杂的金属图案化方法，可以进一步提高MXene图案的分辨率。而且多孔MXene的成功改性对于将该方法应用于实际的器件制造中显示出重要的意义。通过这种方法制备的超级电容器和生化传感器分别说明了良好的能量存储和检测性能，为将该方法扩展到其他多种基于多孔二甲苯的装置提供了有力的支持。尽管可以使用建议的金属辅助电凝胶法对多孔MXene进行直接改性，但应进一步研究纳米粒子在多孔MXene上的大量负载，以充分利用结构表面积的改进特征。

参考文献：doi.org/10.1002/adfm.202101374

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