近日，国际权威刊物《材料视野》（Materials Horizons）在线发表了环境科学与工程学院马杰教授团队的研究论文“3D Grape String-like Heterostructure Enable High-Efficiency Sodium Ion Capture in Ti3C2Tx MXene /Fungi-Derived Carbon Nanoribbons Hybrids”。

二维过渡金属碳/氮化物(MXenes)由于其优异的电子电导率(高达10000 S cm^-1)、高比电容、亲水性表面和良好的机械稳定性，具有作为电化学离子捕获电极的潜力。然而，由于范德华力和氢键作用，MXenes薄片倾向于聚集或重新堆叠，这在很大程度上延长了离子传递途径，减少了暴露的离子插入的有效活性位点。此外，由于大量的金属原子暴露在表面，亚稳定的MXenes倾向于在水环境中与H₂O和O₂反应，生成更稳定的金属氧化物，其电导率更低，不利于离子捕获。马杰教授团队利用微观形貌和异质结构构建的双重策略，合成了由真菌衍生的氮掺杂碳纳米带包裹的Ti₃C₂ MXene空心微球(GMNC)，其呈现出独特的三维类葡萄串结构。三维葡萄串状异质结构的构建呈现双重协同效应，不仅增加了反应表面积，调节了电子分布，促进了整个动力学过程(包括离子和电子的传递)，而且3D中空结构设计减少了重复Na⁺(de)插入时特定点的应力集中从而增强了MXene的结构稳定性。结果表明，GMNC的脱盐能力和循环稳定性均有显著提升。三维类葡萄串异质结构的合理设计为MXene在电化学领域的高效应用提供了重要的见解。

马杰教授为论文唯一通讯作者，博士生刘宁宁、袁建华为共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金委和中央高校基本科研业务费专项资金资助。 

论文链接：https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2024/MH/D3MH01028G