Page 64 - 《精细化工》2021年第12期

·2426· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

境和储能等多个领域。例如，GOGOTSI 等 [39] 利用 因此，MXenes 及其复合材料常作为有效吸附剂用于
简单、可扩展的方法，通过原位硫化来避免 Mo 2 CT x 水净化，尤其是海水脱盐 [40] 。
MXene 的氧化，获得了 Mo 2 CT x /2H-MoS 2 纳米杂化 3.1.1 在离子膜脱盐中的应用
物，该复合材料具有优异的光催化析氢活性，其内 MXenes 纳米片可以用在独立膜或复合膜中，这
在催化活性最高可比未处理的 Mo 2 CT x 高 10 倍。而 样的离子筛膜可以通过尺寸选择或者电荷选择来去
且该方法可以抑制 MXene 层的进一步氧化，使该复 除某些分子和离子。MXenes 膜有良好的分离潜力：
合材料在无需添加任何 Pt 族金属并在合适过电位 不 同的分 子通 过堆积 层的 尺寸限 制和 与带 电
（ η 450 =262 mV ）的情 况下，能够维持超过 MXenes 层的相互作用能够分离开来，水中比较小的
2
–450 mA/cm geom 的电流密度（对应于 0.6 A/mg 的高 离子也因为 MXenes 有较小的层间距而能够有效地
催化质量活性），该性能可与其他 Pt 族金属 MXenes 被去除。PANDY 等 [41] 开发了一种用 Ag 纳米粒子改
杂化催化剂相媲美，例如：具有质量分数 1.2% Ru 性的二维 MXene（Ti 3 C 2 T x ）离子膜，即 Ag@MXene
单原子的 N 和 S 掺杂的 Ti 3 C 2 T x MXene（η 100 =237 复合膜，并将该复合膜应用于水净化中，该复合膜
mV）。此外，Mo 2 CT x /2H-MoS 2 纳米杂化物具有出色 不仅有较好的脱盐效果（对 NaCl 截留率可达 25.8%，
2
的耐用性：在固定的–10 mA/cm geom 电流密度下连 对 MgCl 2 截留率可达 41.3%，对 AlCl 3 截留率可达
5
续电解 10 d 或 1.0×10 个连续的循环伏安测试下，
49.5%），对大肠杆菌还具有 99%的杀菌特性，而原
电位衰退不到 30 mV。该复合纳米杂化物优异的 HER
始 MXene 膜和聚偏二氟乙烯基膜仅表现出约 60%
耐久性为实现 MXenes 作为无贵金属催化剂用于水 [42]
的杀菌特性。LU 等 通过简单的热处理合成了自
分解和能量转化等实际应用迈出了重要的一步。
交联 MXene 膜，如图 4 所示，通过自交联反应，
3 MXenes 及其复合材料在环境领域中的 MXene 纳米片之间形成 Ti—O—Ti 键，从而使得这种
膜有更好的耐溶剂性和排斥能力：自交联后的 MXene
应用
+
+
+
膜对 K 、Na 和 Li 的渗透率分别可达 3.37、6.66、
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3.1 在海水脱盐领域中的应用 8.80 mmol/(h·m )，比原始 MXene 膜的渗透率低约
MXenes 在吸附、离子筛膜、电容去离子和太阳 70、33、32 倍，起到了很好的截留作用。而且该自交
能脱盐方面都表现出了较为优秀的潜能，这主要归 联膜具有良好的稳定性和抗膨胀性能，这使该膜在酸
因其亲水性、高比表面积和优异的力学及电学性能。 性或碱性条件下在脱盐方面具有更加广阔的应用前景。

图 4 MXene 膜的自交联过程 [42]
Fig. 4 Self-crosslinking process of MXene membranes [42]

3.1.2 在电容去离子脱盐中的应用 SRIMUK 等 [44] 通过将 Ti 3 C 2 T x 浇铸到 CDI 电池
电容去离子（CDI）是一种节能的电化学过程， 的多孔隔板上，引入了基于 MXene 的 CDI 电极。通
阴离子和阳离子根据它们的电荷被分离，并分别吸 过使用氢氟酸刻蚀常规工艺合成 Ti 3C 2-MXene；然后，
附在带正电荷的阳极和带负电荷的阴极上。目前， 将 MXene 直接浇铸到 CDI 电池的多孔隔膜上，没有
MXenes 常被用作 CDI 应用的电极材料，理想的 CDI 添加黏合剂，该隔板在 30 个 CDI 循环中表现出非
电极需要有较高的比表面积、较好的导电性与较高 常稳定的性能，平均盐吸附容量为 11~15 mg/g。其
的稳定性，而 MXenes 恰恰具有这些特性 [43] 。 吸附过程如图 5 所示，离子在该电极上的吸附是通