近日，我院化学与材料工程学院李浩教授团队在国际权威期刊《Advanced Science》 上发表了题为“Reversible Constrained Dissociation and Reassembly of MXene Films” (doi.org/10.1002/advs.202309171) 的研究工作，该研究突破了二维材料宏观组装体领域的局限，揭示了其普适性可逆动态解离机制，并在此基础上实现了逆向三维重构及广泛的扩展应用。该论文第一作者为我校青年教师张雪峰博士，通讯作者为李浩教授。该研究得到了广东省普通高校创新团队项目（2023KCXTD035）、广东省粤惠联合基金（2023KCXTD035）的支持。
发表的论文
二维材料纳米片，通过真空辅助抽滤、蒸发或喷涂等工艺，能够形成具有优异柔性、良好力学性能、灵活可控制厚度以及易加工形状的薄膜或涂层。这种宏观组装形态因其出色的性能表现，一直是二维材料最具商业化应用潜力的形态。然而，这种堆积结构往往意味着部分性能的丧失，且一旦组装成型无法继续对内部微观结构进行二次调控和设计。如何实现二维材料宏观组装薄膜类似生命体行为的动态转变，赋予其“二次生命”以实现内部微结构二次重构仍是极具挑战的课题。
本研究受粘液菌在环境干燥环境下原本独立生活的单一细胞通过趋化作用凝聚形成变形体，当环境重新恢复湿度时又重新进行繁殖和分裂的启发，展示了一种高效、便捷的二维材料组装薄膜动态解离和重构策略。具体来说，水分子在MXenes层间离子高水合能诱导下自发进入纳米片层间，在受限层片间形成有序排列低整数层水分子呈晶层膨胀过程，随后进一步增大层间距下转换为高度膨胀且无序水分子层呈现渗透膨胀过程，最终实现薄膜基本结构单元——纳米片的动态解离。同时，水分蒸发所产生的毛细压缩所产生的胶粘性又能诱导薄膜之间自发融合恢复至致密状态，实现MXenes薄膜的可逆受限解离。利用这种特性，只需水作为诱导剂就能轻松实现复杂结构的MXene薄膜三维重组以及层间孔隙的精准调控。此外，类似的现象能够扩展至多种类MXenes甚至氧化石墨烯薄膜。这项工作不仅为深入剖析MXenes等二维材料的微观机制提供了新的视角，更为其在未来的宏观组装应用领域开辟了一条变革性的途径。
图1 MXenes可逆动态解离机制
图2 基于解离重构MXenes多孔结构
撰稿：张雪峰
审稿：徐德康
审核：廖淑珍