近年來，一種新型的納米材料Mxenes納米片受到了科學(xué)家們的熱烈追捧。這主要是由于其獨特的物理和光化學(xué)性質(zhì)，如優(yōu)異的金屬導(dǎo)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，傳感器和催化劑等等眾多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。
然而，這種納米材料易于氧化，結(jié)構(gòu)和性能容易受到破壞。傳統(tǒng)的解決手段主要依靠低溫，創(chuàng)造無氧環(huán)境或填充氬氣等，但成效并不顯著。那么，如何通過更為高效的方法來提高Mxenes材料的穩(wěn)定性并使材料保持良好的結(jié)構(gòu)和性能呢？這已然成為了一個亟待解決的技術(shù)難題。
近日，美國德克薩斯農(nóng)工大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，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(jié)果已經(jīng)在《Matter》雜志上在線發(fā)表。
這是研究人員首次嘗試將抗氧化劑引入MXenes納米體系中，設(shè)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制備得到的。
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(yīng)用于食品和制藥工業(yè)等領(lǐng)域。研究人員將L-抗壞血酸引入Ti3C2Tx MXene納米片，并在存放21天后與相同的條件下無L-抗壞血酸保護的MXene納米片相比，發(fā)現(xiàn)其化學(xué)組成，形貌結(jié)構(gòu)及膠體穩(wěn)定性均無明顯變化。這一結(jié)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(fā)現(xiàn)其他的抗氧化劑也可以達到同樣的效果。
為了進一步弄清L-抗壞血酸可以提高穩(wěn)定性的內(nèi)在機制，該團隊采用了一種分子動力學(xué)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(jié)果發(fā)現(xiàn)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(fā)生相互作用，從而防止其氧化。
目前，這項研究技術(shù)僅適用于Ti3C2Tx類的MXene納米材料。研究人員們?nèi)岳^續(xù)致力于采用相同的技術(shù)手段來提高其他類型的MXenes納米材料的穩(wěn)定性。
該研究的主要作者Green教授表示，希望他們研發(fā)的這項技術(shù)可以被這個領(lǐng)域內(nèi)的更多的研究學(xué)者所采用，將其應(yīng)用于MXenes納米材料的合成來改善MXenes的穩(wěn)定性。
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