维生素C可延长MXenes纳米材料“保质期”

近年来，一种新型的纳米材料Mxenes纳米片受到了科学家们的热烈追捧。这主要是由于其独特的物理和光化学性质，如优异的金属导电性，高电负性和高催化活性等。这使得这种纳米材料在电池或者电容器等储能器件，传感器和催化剂等等众多领域中得到了广泛的应用。

然而，这种纳米材料易于氧化，结构和性能容易受到破坏。传统的解决手段主要依靠低温，创造无氧环境或填充氩气等，但成效并不显著。那么，如何通过更为高效的方法来提高Mxenes材料的稳定性并使材料保持良好的结构和性能呢？这已然成为了一个亟待解决的技术难题。

近日，美国德克萨斯农工大学的研究人员发现，L-抗坏血酸可以有效阻止Ti3C2Tx MXene纳米片的快速氧化或降解，该研究结果已经在《Matter》杂志上在线发表。

DOI：https://doi.org/10.1016/j.matt.2019.05.020

这是研究人员首次尝试将抗氧化剂引入MXenes纳米体系中，设想通过抑制氧化过程达到延长MXenes纳米片保存期的目的。作为MXenes纳米家族中被研究最多的成员之一，此项研究以片状的Ti3C2Tx MXene纳米片作为研究的对象，这种材料一般是可以通过刻蚀法制备得到的。

众所周知的维生素C又称L-抗坏血酸，是一种常见的抗氧化剂被广泛应用于食品和制药工业等领域。研究人员将L-抗坏血酸引入Ti3C2Tx MXene纳米片存放21天。与相同的条件下无L-抗坏血酸保护的MXene纳米片相比，其化学组成、形貌结构及胶体稳定性均无明显变化。

这一结果说明，L-抗坏血酸确实可以提高Ti3C2Tx MXene纳米片的抗氧化性。另外，研究人员还发现其他的抗氧化剂也可以达到同样的效果。

图A：Ti3C2Tx纳米片的合成示意图。图B：Ti3C2Tx纳米片与L-抗坏血酸保护的Ti3C2Tx纳米片的抗氧化性能比较

为了进一步弄清L-抗坏血酸可以提高稳定性的内在机制，该团队采用了一种分子动力学模拟（ReaxFF）的方法，对Ti3C2Tx MXenes与抗氧化剂之间的相互作用进行了分析。分析结果发现抗坏血酸根阴离子能够吸附在Ti3C2Tx MXenes纳米片的边缘，阻止了其与水分子发生相互作用，从而防止其氧化。

L-抗坏血酸对Ti3C2Tx纳米片的胶体稳定性和形貌结构的影响

目前，这项研究技术仅适用于Ti3C2Tx类的MXene纳米材料。研究人员们仍继续致力于采用相同的技术手段来提高其他类型的MXenes纳米材料的稳定性。

该研究的主要作者Green教授表示，希望他们研发的这项技术可以被这个领域内的更多的研究学者所采用，将其应用于MXenes纳米材料的合成来改善MXenes的稳定性。

参考资料：
[1] Vitamin C is key to protection of exciting new nanomaterial
[2] Antioxidants unlock shelf-stable Ti3C2Tx (MXene) nanosheet dispersions