天津大学杨全红课题组–借助氧化石墨烯从2D MXene水凝胶组装成3D宏观结构

将2D MXene片组装成3D宏观结构，克服了2D MXene片本身的严重堆垛问题，并发展了MXene基功能材料。与石墨烯不同，由于MXene的固有特性，直接从单个2D片中组装成3D MXene很难实现。这里，利用一种新的凝胶方法，在氧化石墨烯和适宜还原剂协助下，从2D MXene片组装了3D水凝胶。将其作为超级电容器电极，该水凝胶实现的电容达370 F g-1（电流密度为5 A g-1时），更重要的是，它还显示出极高的倍率性能。此外，通过可控的干燥过程，可将MXene水凝胶转变成不同的整体材料。所制备的3D多孔MXene气凝胶具有出色的吸附能力，可同时去除各种有机液体和重金属离子，而固体具有出色的机械性能（高杨氏模量和硬度）。

Figure 1. 形成MXene水凝胶的示意图。

Figure 2.MXM的形貌与微观结构：（a-c）冷冻干燥法，（d-f）毛细管干燥法获得MXH的光学照片和不同放大倍数下的SEM图，（g）N2吸脱附曲线，（h）孔径尺寸分布情况。

Figure 3. （a-b）不同放大倍数下的TEM图，（c）SEM图和相应的EDS漫谱图，（d）EDA-rGO, MXene 粉末和F-MXM的XRD图，（e）不同氧化石墨烯量情况下制备的水凝胶光学图。

Figure 4. MXene的组装机制。（a）Ti 2p XPS谱，（b）MXH形成机制，（c）不同还原剂制备水凝胶的照片。

Figure 5. MXH 和 F-MXM电极的电化学和吸附性能。（a-c）MXH, MX/GN薄膜和 MXene薄膜电极的电化学性能，包括倍率性能，循环伏安曲线，电化学阻抗谱，（d）吸附效率，（e）对几种重金属离子的吸附能力，（f）F-MXM对四氯化碳和Pb2+的吸附再循环能力情况。

该研究工作由天津大学杨全红课题组于2019年发表在Adv. Funct. Mater.期刊上。原文：3D Macroscopic Architectures from Self-Assembled MXene Hydrogels（DOI: 10.1002/adfm.201903960）