Ambient-stable MXene with superior performance suitable for widespread applications

MXenes公司 材料科学 降级(电信) 不稳定性 热稳定性 石墨烯 光热治疗 单层 化学工程 纳米技术 计算机科学 机械 电信 物理 工程类
作者
Xuesong Li,Xiaofei Ma,Huankai Zhang,Xue Ni,Qian Yao,Tao He,Yi Qu,Jian Zhang,Xutang Tao
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:455: 140635-140635 被引量:45
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.140635
摘要

MXenes, as attractive two-dimensional materials, have shown extraordinary potential for applications, however, their instability severely limits further research and applications on a large-scale and industrial level. Here, we overcome the environmental instability of MXene-Ti3C2Tx by an optimized synthetic route, including the synthesis of high-quality MAX phase (Ti3AlC2) and the post-treatment of Ti3C2Tx. The optimized Ti3C2Tx (O-Ti3C2Tx) achieves a dramatic improvement in stability. Even at low concentrations (∼0.1 mg/mL), the dark green aqueous dispersion of monolayer O-Ti3C2Tx showed no oxidation and degradation when aged under ambient conditions for two months, while conventional Ti3C2Tx required only ∼ 10 days for complete oxidative degradation under the same conditions. More importantly, compared with the conventional Ti3C2Tx, O-Ti3C2Tx exhibits higher conductivity, better nonlinear optical properties, excellent thermal stability, and comparable biocompatibility. In the application of pulsed laser with MXene as a saturable absorber, the conventional Ti3C2Tx leads to severe degradation of Q-switching performance due to its instability, while O-Ti3C2Tx shows excellent Q-switching performance in long-term operation. This work achieves a substantial solution to the instability problem of MXene-Ti3C2Tx without compromising its excellent performance, paving the way for the development of its practical applications.
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