層間和缺陷工程顯著影響 Ti3C2Tx MXene 的電導(dǎo)率和電磁干擾 (EMI) 屏蔽。先前的研究?jī)?yōu)先考慮插層劑的尺寸而不是其與化學(xué)親和力的協(xié)同作用，從而限制了插層機(jī)制的闡明和層間間距 (d 間距) 的精確控制。在此，我們使用一系列不同尺寸和化學(xué)親和力的胺分子作為插層劑和交聯(lián)劑，合成了具有可調(diào) d 間距和缺陷密度的 MXene 氣凝膠。特別是，對(duì)苯二胺 (PPD) 的插入將 MXene 的 d 間距從 0.960 增加到 1.642 納米。同時(shí)，增加的 d 間距有助于增加 Ti-Ti 層內(nèi)的缺陷密度。因此，PPD@MXene 氣凝膠表現(xiàn)出降低的表面電場(chǎng)強(qiáng)度和增加的內(nèi)部極化損耗，從而導(dǎo)致以吸收為主的 EMI 屏蔽。吸收率達(dá)到0.92，遠(yuǎn)超已報(bào)道的屏蔽材料，屏蔽效能達(dá)到50.4 dB。該研究為層間工程MXene屏蔽材料的研發(fā)提供了理論基礎(chǔ)和初步指導(dǎo)。
圖 1. MXene 氣凝膠的制備。(a) 制造過(guò)程，(b) SEM 和映射圖像，(c) DFT 計(jì)算建模 (PPD@MXene)，(d) 結(jié)合能和偶極矩，(e) 分子間能量與總能量之比，其中總能量顯示在插圖中，(f) MXene 氣凝膠的 EPR 光譜。
圖 2. MXene 氣凝膠的結(jié)構(gòu)表征。(a) XRD 圖案、(b) 拉曼光譜、(c) 高分辨率 Ti 2p XPS 測(cè)量、(d) FTIR 光譜、以及 (e) MXene 氣凝膠的 N2 吸附曲線(xiàn)和 SBET。
圖3. MXene 氣凝膠的 d 間距。 (a) d 間距值；(b) 本研究中產(chǎn)生的 MXene d 間距與文獻(xiàn)中報(bào)道的比較，參考文獻(xiàn)見(jiàn)表 S4；(c) TEM 圖像和 (d) STEM 圖像 (PPD@MXene) 和 (e) MXenes 與不同胺插層的示意圖。
圖 4. MXene 氣凝膠的 EMI 屏蔽性能。 (a) EIS 曲線(xiàn)，(b) EMI SET 與頻率，(c) EMI SE 值和吸收率 (PPD@MXene)，(d) SET、SEA 和 SER，(e) 反射 EMW 與總 EMW 之比，(f) 吸收率與 EMI SET，(g) EMI 屏蔽機(jī)制示意圖，(h) MXene 氣凝膠與文獻(xiàn)中的屏蔽材料的比較，參考編號(hào)見(jiàn)表 S6。
圖 5. MXene 氣凝膠電學(xué)性能的模擬。(a) MXene 氣凝膠的 DOS 和 (b) ELF 以及 (c) 沿氣凝膠厚度方向的電場(chǎng)分布。
相關(guān)科研成果由西北大學(xué)Dan Zeng, Daidi Fan河南省科學(xué)院Biao Zhao等人于2025年發(fā)表在ACS Nano上。原文：Intercalation-Induced Interlayer and Defect Engineering in Ti3C2Tx MXene for Ultralow-Reflection Electromagnetic Interference Shielding
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.4c15343
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
