近期，材料學院彭鋒教授團隊在半纖維素/MXene復合凝膠材料領域取得新進展，研究成果以“Long-term stable and catalytic 2D MXene nanosheets wrapped with dialdehyde xylan for ultrafast gelation”為題發表于國際權威期刊《Green Chemistry》（IF=11.034）。
MXenes（Ti3C2Tx）是新興的二維層狀過渡金屬碳化物/氮化物材料，由于具有優異的電子、光學和機械性能，使得其可作為性能優異的導電水凝膠無機填料。然而在通常氧氣或水溶液環境下，MXene納米片十分容易降解，傳統的小分子還原劑或封端劑的引入雖會提高其耐氧化性，但往往會破壞其導電或反應活性，因此開發兼具水穩定性和反應活性的MXene材料頗具挑戰性。
該團隊長期致力于半纖維素高值化利用的研究，在前期的工作中，分別利用醛基木聚糖和羧甲基葡萄糖甘露聚糖，實現了兼具生物相容性和優異化學/膠體穩定性的半纖維素/液態金屬復合材料。近期，該團隊進一步將雙醛木聚糖（DAX）與MXene、納米片偶聯，解決了MXene在水溶液中的長期儲存問題，可長達3個月不發生氧化降解，并實現了DAX/MXene室溫超快催化凝膠化的特性，為未來綠色高性能 MXene基可穿戴凝膠材料的開發提供了新的解決方案。
高穩定DAX/MXene納米片示意圖及其超快催化凝膠機理圖
研究結果表明，DAX可以在納米片上形成厚而光滑的隔膜，并且提供還原環境以防止MXene氧化反應的發生。同時，DAX可以加速過硫酸鉀（KPS）/MXene體系快速產生自由基，在室溫下將乙烯基單體的聚合時間從30分鐘減少到90秒。此外，DAX層能夠通過利用與殼聚糖 (CS) 之間的席夫堿鍵作為額外交聯點，制備出機械性能大幅度提升的MXene基水凝膠，使其斷裂伸長率從100%增加到909%，有望作為實時物理信號監測的可持續柔性傳感器。
本文第一作者為材料學院博士生李楠，通訊作者為材料學院彭鋒教授和郝翔副教授，材料學院為第一完成單位。該工作得到了國家重點研發計劃（2022YFB4201904）、中國制漿造紙科學與技術教育部重點實驗室（KF202007）以及國家杰出青年科學基金（32225034）等基金的資助。
文章鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/gc/d3gc00363a
