維生素C可以延長MXenes納米材料的「保質期」

近年來，一種新型的納米材料Mxenes納米片受到了科學家們的熱烈追捧。這主要是由於其獨特的物理和光化學性質，如優異的金屬導電性，高電負性和高催化活性等。這使得這種納米材料在電池或者電容器等儲能器件，感測器和催化劑等等眾多領域中得到了廣泛的應用。

然而，這種納米材料易於氧化，結構和性能容易受到破壞。傳統的解決手段主要依靠低溫，創造無氧環境或填充氬氣等，但成效並不顯著。那麼，如何通過更為高效的方法來提高Mxenes材料的穩定性並使材料保持良好的結構和性能呢？這已然成為了一個亟待解決的技術難題。

近日，美國德克薩斯農工大學的研究人員發現，L-抗壞血酸可以有效阻止Ti3C2Tx MXene納米片的快速氧化或降解，該研究結果已經在《Matter》雜誌上在線發表。

DOI：https://doi.org/10.1016/j.matt.2019.05.020

這是研究人員首次嘗試將抗氧化劑引入MXenes納米體系中，設想通過抑制氧化過程達到延長MXenes納米片保存期的目的。作為MXenes納米家族中被研究最多的成員之一，此項研究以片狀的Ti3C2Tx MXene納米片作為研究的對象，這種材料一般是可以通過刻蝕法製備得到的。

眾所周知的維生素C又稱L-抗壞血酸，是一種常見的抗氧化劑被廣泛應用於食品和製藥工業等領域。研究人員將L-抗壞血酸引入Ti3C2Tx MXene納米片存放21天。與相同的條件下無L-抗壞血酸保護的MXene納米片相比，其化學組成、形貌結構及膠體穩定性均無明顯變化。

這一結果說明，L-抗壞血酸確實可以提高Ti3C2Tx MXene納米片的抗氧化性。另外，研究人員還發現其他的抗氧化劑也可以達到同樣的效果。

圖A：Ti3C2Tx納米片的合成示意圖。圖B：Ti3C2Tx納米片與L-抗壞血酸保護的Ti3C2Tx納米片的抗氧化性能比較

為了進一步弄清L-抗壞血酸可以提高穩定性的內在機制，該團隊採用了一種分子動力學模擬（ReaxFF）的方法，對Ti3C2Tx MXenes與抗氧化劑之間的相互作用進行了分析。分析結果發現抗壞血酸根陰離子能夠吸附在Ti3C2Tx MXenes納米片的邊緣，阻止了其與水分子發生相互作用，從而防止其氧化。

L-抗壞血酸對Ti3C2Tx納米片的膠體穩定性和形貌結構的影響

目前，這項研究技術僅適用於Ti3C2Tx類的MXene納米材料。研究人員們仍繼續致力於採用相同的技術手段來提高其他類型的MXenes納米材料的穩定性。

該研究的主要作者Green教授表示，希望他們研發的這項技術可以被這個領域內的更多的研究學者所採用，將其應用於MXenes納米材料的合成來改善MXenes的穩定性。

End

參考資料：

[1] Vitamin C is key to protection of exciting new nanomaterial

[2] Antioxidants unlock shelf-stable Ti3C2Tx (MXene) nanosheet dispersions

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