多孔石墨烯/MXene复合纤维兼具吸附与电芬顿催化，可降解染料废水

标题：Carbon | 具有吸附与电芬顿催化性能的多孔石墨烯/MXene复合纤维用于染料废水降解

MXenes Frontier

多孔石墨烯纤维作为一种典型的碳基电极材料，具备高电导率、低密度和大比表面积等优势，因而日益广泛应用于染料废水降解领域。本研究通过湿法纺丝法制备了多孔石墨烯/MXene复合纤维。其中，优化后的GF/MXene-10材料表现出优异性能：高电导率（831.35 S/cm）、大比表面积（99.1173 m²/g）、优异的机械强度（140.68 MPa）以及卓越的催化活性。在染料吸附方面，一段21 cm长的纤维在7.5 h内对35 mL染料溶液的吸附率达85.9%。上述特性协同作用，显著降低了电流传输过程中的能量损耗，加快了界面反应动力学，并降低了氧还原反应（ORR）过电位，从而在提升电芬顿（EF）体系降解性能的同时降低了其能耗。当将其作为电极应用于EF体系降解亚甲基蓝时，GF/MXene-10在首周期15 min内即实现100%去除率，并展现出优异的循环稳定性。此外，该材料对商用酸性染料废水亦表现出良好的降解效果。本研究为染料废水的高效处理提供了极具前景的技术路径。

　　该研究以题为“Supercritical CO2-Induced Porous MXene Films for Electromagnetic Interference Shielding and Infrared Stealth”发表在Advanced Science上。

　　图1SCCF‑MXene 复合薄膜的制备工艺与微观结构(a) 制备流程示意图；(b、f) 实物数码照片；(c、g) 截面扫描电镜（SEM）图；(d、h) 表面扫描电镜（SEM）图；(e、i) 三维表面形貌图；其中：(b~e) 对应纯 MXene 薄膜，(f~i) 对应 SCCF‑MXene 复合薄膜。

　　图2MXene薄膜的超临界二氧化碳发泡工艺。(a~c)分子动力学模拟图，分别展示在(a)8兆帕、(b)15兆帕、(c)22兆帕压力条件下二氧化碳在MXene层间的吸附与扩散行为。(d)MXene薄膜与超临界二氧化碳发泡改性MXene（SCCF-MXene）薄膜的X射线衍射图谱；(e)拉曼光谱；(f)X射线光电子能谱全谱；(g)钛2p轨道、(h)氧1s轨道高分辨谱图；(i)超临界二氧化碳发泡机理示意图。

　　图3SCCF-碳化钼薄膜的电导率与电磁干扰屏蔽性能。(a)电导率；(b)两种薄膜的电磁干扰屏蔽效能；(c)碳化钼薄膜与SCCF-碳化钼薄膜的反射损耗与吸收损耗；(d)碳化钼薄膜、SCCF-碳化钼-2薄膜电磁干扰屏蔽效能的实测值与理论计算值；(e)碳化钼薄膜、(f)SCCF-碳化钼薄膜的电场分布仿真结果；(g)SCCF-碳化钼薄膜的电磁屏蔽机理；(h)SCCF-碳化钼薄膜与现有文献报道的其他碳化钼基屏蔽材料在单位厚度比屏蔽效能及厚度参数上的对比。

　　图4SCCF-MXene薄膜的红外隐身性能。(a)MXene薄膜与SCCF-MXene薄膜的红外发射率，(b)二者的热导率。(c)SCCF-MXene薄膜的红外隐身特性。(d)45℃、90℃、135℃不同物件温度下MXene薄膜与SCCF-MXene薄膜的红外成像图。(e)135℃工况下SCCF-MXene薄膜的长效红外隐身性能。(f)皮肤、(g)手机、(h)军用飞机模型表面包覆SCCF-MXene薄膜后的红外隐身效果。

　　总结

　　针对MXene薄膜发泡过程中易破坏本征结构且工艺不环保的难题，研究者利用超临界CO₂作为物理发泡剂，在高压下渗入致密MXene薄膜层间，随后通过卸压诱导CO₂相变产生气泡成核与生长，将紧密堆叠的纳米片无损伤地撑开成三维多孔骨架。这种纯物理的绿色起泡过程不引入化学残留，完整保留了MXene的高导电性和结构完整性。该策略具有普适性，可拓展至氧化石墨烯等二维薄膜。所得多孔MXene薄膜构建了高效导电网络，电磁干扰屏蔽效能高达73.2 dB，较纯薄膜提升21%，同时在宽温域内展现出优异的红外隐身功能。

　　该发泡方法为各类二维材料薄膜的绿色多孔化提供了通用思路。制得的多孔MXene薄膜比屏蔽效能达23160 dB·cm²/g，超越以往大多数MXene基多孔材料，兼具轻质、柔性及高效的电磁屏蔽与红外热伪装能力。其在宽温度窗口下可隐蔽目标热辐射，在军事防护、柔性电子和空间热管理等领域展现出重要的工程应用价值。这一工作不仅丰富了二维材料起泡技术，还为设计集电磁防护与热隐身于一体的安全保护材料开辟了新的方向。

　　来源：MXenes Frontier