Nacre-like MXene/Polyacrylic Acid Layer-by-Layer Multilayers as Hydrogen Gas Barriers

材料科学 聚丙烯酸 图层(电子) 纳米技术 逐层 复合材料 聚合物 有机化学 化学
作者
Yang Hyun Auh,Natalie N. Neal,Kailash Arole,Nolan Regis,Tran N. H. Nguyen,Shuichi Ogawa,Yasutaka Tsuda,Akitaka Yoshigoe,Miladin Radović,Micah J. Green,Hisato Yamaguchi,Jodie L. Lutkenhaus
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (21): 31392-31402 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsami.5c03632
摘要

MXenes are a promising class of 2D nanomaterials and are of particular interest for gas barrier applications due to their high aspect ratio. However, MXene nanosheets naturally bear a negative charge, which prevents assembly with negatively charged polymers, such as polyacrylic acid (PAA), into gas barrier coatings. Here, we present MXene- and PAA-based layer-by-layer (MXene/PAA LbL) multilayers formed by leveraging hydrogen bonding interactions. When assembled in acidic conditions, MXene/PAA LbL multilayers exhibit conformal, pinhole-free, nacre-like structures. The MXene/PAA LbL multilayers yield high blocking capability and low permeability (0.14 ± 0.01 cc·mm·m-2·day-1·MPa-1) for hydrogen gas which is over 9000 times lower than uncoated niobium (Nb) substrate. These nacre-like structures are also electronically conductive (σDC, up to 370 ± 30 S cm-1). Because these multilayers utilize hydrogen bonding, their properties are highly sensitive to the pH of the assembly and its external environment. Specifically, the reversible deconstruction of these multilayers under basic conditions is experimentally verified. This study shows that hydrogen bonding interactions can be leveraged to form MXene LbL multilayers as gas barriers, electronically conductive coatings, and deconstructable thin films via pH control.
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