近期，北京林业大学材料学院彭锋教授团队在半纤维素/MXene复合凝胶材料领域取得新进展，研究成果以“Long-term stable and catalytic 2D MXene nanosheets wrapped with dialdehyde xylan for ultrafast gelation”为题发表于国际权威期刊《Green Chemistry》（IF=11.034）。
MXenes（Ti3C2Tx）是新兴的二维层状过渡金属碳化物/氮化物材料，由于具有优异的电子、光学和机械性能，使得其可作为性能优异的导电水凝胶无机填料。然而在通常氧气或水溶液环境下，MXene纳米片十分容易降解，传统的小分子还原剂或封端剂的引入虽会提高其耐氧化性，但往往会破坏其导电或反应活性，因此开发兼具水稳定性和反应活性的MXene材料颇具挑战性。
该团队长期致力于半纤维素高值化利用的研究，在前期的工作中，分别利用醛基木聚糖和羧甲基葡萄糖甘露聚糖，实现了兼具生物相容性和优异化学/胶体稳定性的半纤维素/液态金属复合材料。近期，该团队进一步将双醛木聚糖（DAX）与MXene、纳米片偶联，解决了MXene在水溶液中的长期储存问题，可长达3个月不发生氧化降解，并实现了DAX/MXene室温超快催化凝胶化的特性，为未来绿色高性能 MXene基可穿戴凝胶材料的开发提供了新的解决方案。
高稳定DAX/MXene纳米片示意图及其超快催化凝胶机理图
研究结果表明，DAX可以在纳米片上形成厚而光滑的隔膜，并且提供还原环境以防止MXene氧化反应的发生。同时，DAX可以加速过硫酸钾（KPS）/MXene体系快速产生自由基，在室温下将乙烯基单体的聚合时间从30分钟减少到90秒。此外，DAX层能够通过利用与壳聚糖 (CS) 之间的席夫碱键作为额外交联点，制备出机械性能大幅度提升的MXene基水凝胶，使其断裂伸长率从100%增加到909%，有望作为实时物理信号监测的可持续柔性传感器。
本文第一作者为材料学院博士生李楠，通讯作者为材料学院彭锋教授和郝翔副教授，材料学院为第一完成单位。该工作得到了国家重点研发计划（2022YFB4201904）、中国制浆造纸科学与技术教育部重点实验室（KF202007）以及国家杰出青年科学基金（32225034）等基金的资助。
来源：北京林业大学
文章链接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/gc/d3gc00363a