ACS APPLED NANO MATERIALS:掺杂氮的Ti2C MXene量子点作为抗氧化剂

一、文章概述

MXene过渡金属碳化物和氮化物或碳氮化物可以合成为零维量子点（MQD），由于它们能够与许多强氧化剂反应，因此具有巨大的抗氧化应用潜力。然而，MQD在水热合成过程中容易被氧化，从而破坏其固有结构并损害其抗氧化能力。为了解决这个问题，乙二胺（EDA）被用作前驱体，以保护Ti2C多量子阱在合成过程中免受损坏，并引入N来生成N掺杂的多量子阱（N−Ti2C量子点）。与没有EDA的MQD相比，N−Ti2C量子点具有更完整的固有结构和更强的抗氧化性能，包括高效清除•OH、优异的染料保护和高锰酸钾（KMnO4）的快速还原。此外，循环伏安法（CV）和X射线光电子能谱（XPS）被用来研究氧化后潜在的抗氧化机制。结果表明，其固有结构、富电子官能团的掺杂和电子转移都有助于增强其抗氧化能力。

二、文章概述

图1. N−Ti2C-QDs的合成工艺。

合成方法：将0.30 g制备的Ti2C MXene粉末与20 mL去离子（DI）水混合，同时进行15 min的超声处理。然后，将溶液移至50 mL水热反应器中，并向其中添加2.0 mL EDA。水热反应在120℃下进行6小时。之后，使用220 nm聚醚砜针形过滤器过滤溶液以获得N−Ti2C量子点。

图2(a)Ti2AlC和Ti2C-MXenes的XRD图。(b)Ti2AlC的SEM图。(c)Ti2C-MXenes的扫SEM图。(d)N−Ti2C QDs的TEM图像。

XRD结果表明Ti2AlC蚀刻过程后，大多数衍射峰，（002）衍射峰与Ti2AlC相比，Ti2C MXene XRD图谱中的峰值移动到更小的角度。表明Ti2AlC的大部分铝层在与HCl的反应中被去除。Ti2AlC为块状结构（图2b），Ti2C MXenes为层状结构（图2c），这种形态变化也证实了Al和Ti2C MXene形成的去除。水热合成后，N−Ti2C量子点（图2d）显示了许多黑色球形结构，表明层状Ti2C MXenes成功转化为零维量子点。

图3. (a)N-Ti2C-QDs的UV-vis吸收光谱。（b）在紫外光照射下1hRhB与N-Ti2C-QDs反应后的吸收光谱量子点。（c） -OH清除实验N−Ti2C量子点。（d） 对照组给予50μg EDA（e）含氮高锰酸钾溶液N−Ti2C量子点、Ti2C量子点和对照组的吸收光谱。（f）用N修饰的GCE电极的循环伏安图N−Ti2C QDS。

图3b表明，不含N−Ti2C-QDs的RhB溶液在与OH反应1h后几乎完全消失，吸收强度接近于零。而在N−Ti2C-QDs的存在下，颜色和吸收强度没有变化，说明N−Ti2C-QDs有效地清除了OH。图4e显示，与N−Ti2C-QDs反应30min后，525nm处的吸收峰显著下降。而在加入Ti2C-QDs的对照组（去离子水）的光谱中，高锰酸钾的吸收峰基本保持不变。这些结果表明，N−Ti2C-QDs可与高锰酸钾有效反应，并在30min内清除。

图4N−Ti2C-QDs的抗氧化机理示意图。

N−Ti2C-QDs的抗氧化机理三个方面（图4）。一个因素是内在的结构。在初始水热合成过程中，Ti2C-QDs在高压和高温下容易被环境氧气氧化，破坏了其固有的Ti−C主干结构。然而，在这一过程中加入EDA可以防止这些量子点的过度氧化，形成更完整的内在结构，提高了抗氧化能力。第二个因素是掺杂的富电子官能团。N−Ti2C-QDs的XPS和FT-IR谱表明，加入EDA后存在更多的含N官能团；包括具有N−H键和C−N键的官能团。这些富电子的基团可以与环境中的氧化剂共享电子并使其失活。最后一个因素是快速的电子转移。CV实验表明，N−Ti2C-QDs具有较强的电子转移能力，可迅速促进N−Ti2C-QDs与OH自由基等氧化剂之间的电荷平衡。当OH自由基与N−Ti2C-QDs反应时，OH自由基的未配对电子可以从N−Ti2C-QDs表面的基团中获得足够的自由电子。通过电子转移，这些电子可以尽快与这些自由基接触。一旦这些自由基获得电子，电荷平衡，氧化剂就被还原。

三、文章概述

作者通过一种简便、高效的水热法成功地合成了N−Ti2C-QDs量子点。在水热过程中引入EDA可以防止N−Ti2C-QDs被过度氧化，使量子点具有较强的抗氧化能力。抗氧化剂实验和相关表征证实了N−Ti2C-QDs的抗氧化能力，并有助于阐明其潜在的作用机制N−Ti2C-QDs具有较强的抗氧化能力，这归因于其内在结构、富电子官能团的产生和电子转移。本研究证明了N−Ti2C-QDs作为高效和生物相容性抗氧化剂的巨大潜力。

文章链接：

https://doi.org/10.1021/acsanm.1c02783

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