教学科研

材料学院科研团队在半纤维素/MXene复合凝胶材料领域取得进展

近期,材料学院彭锋教授团队在半纤维素/MXene复合凝胶材料领域取得新进展,研究成果以Long-term stable and catalytic 2D MXene nanosheets wrapped with dialdehyde xylan for ultrafast gelation”为题发表于国际权威期刊《Green ChemistryIF=11.034)。


MXenes(Ti3C2Tx)是新兴的二维层状过渡金属碳化物/氮化物材料,由于具有优异的电子、光学和机械性能,使得其可作为性能优异的导电水凝胶无机填料。然而在通常氧气或水溶液环境下,MXene纳米片十分容易降解,传统的小分子还原剂或封端剂的引入虽会提高其耐氧化性,但往往会破坏其导电或反应活性,因此开发兼具水稳定性和反应活性的MXene材料颇具挑战性。


该团队长期致力于半纤维素高值化利用的研究,在前期的工作中,分别利用醛基木聚糖和羧甲基葡萄糖甘露聚糖,实现了兼具生物相容性和优异化学/胶体稳定性的半纤维素/液态金属复合材料。近期,该团队进一步将双醛木聚糖(DAX)与MXene、纳米片偶联,解决了MXene在水溶液中的长期储存问题,可长达3个月不发生氧化降解,并实现了DAX/MXene室温超快催化凝胶化的特性,为未来绿色高性能 MXene基可穿戴凝胶材料的开发提供了新的解决方案。


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高稳定DAX/MXene纳米片示意图及其超快催化凝胶机理图


研究结果表明,DAX可以在纳米片上形成厚而光滑的隔膜,并且提供还原环境以防止MXene氧化反应的发生。同时,DAX可以加速过硫酸钾(KPS)/MXene体系快速产生自由基,在室温下将乙烯基单体的聚合时间从30分钟减少到90秒。此外,DAX层能够通过利用与壳聚糖 (CS) 之间的席夫碱键作为额外交联点,制备出机械性能大幅度提升的MXene基水凝胶,使其断裂伸长率从100%增加到909%,有望作为实时物理信号监测的可持续柔性传感器。


本文第一作者为材料学院博士生李楠,通讯作者为材料学院彭锋教授和郝翔副教授,材料学院为第一完成单位。该工作得到了国家重点研发计划(2022YFB4201904)、中国制浆造纸科学与技术教育部重点实验室(KF202007)以及国家杰出青年科学基金(32225034)等基金的资助


文章链接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/gc/d3gc00363a



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