欢迎光临散文网 会员登陆 & 注册

MXene | 电池、肿瘤治疗、柔性可穿戴等领域工作

2023-06-01 13:57 作者:北科纳米  | 我要投稿

1. Advanced Functional Materials ( IF 18.808 ):印刷可扩展的 Ti3C2Tx MXene 装饰的 Janus 分离器,具有加速 Zn2+ 通量朝向稳定的 Zn 阳极


最近,分离器的改造作为一种有效的策略已经开花结果,以实现无枝晶的锌金属阳极。然而,到目前为止,所探索的途径还不利于大规模生产,而且很少有人关注分离器调节的本质。在此,通过在商用玻璃纤维(GF)的一侧喷印MXene纳米片,设计了一个可扩展的Ti3C2Tx MXene装饰的Janus分离器。这样得到的MXene-GF分离器具有丰富的表面极性基团、良好的电解质润湿性和高离子传导性,这有利于均匀局部电流分布和促进锌的成核动力学。值得注意的是,MXene-GF显示出可调节的介电常数,其优化值为53.5,提供了一个定向电场,以加速Zn-离子通量并排斥阴离子。因此,使用MXene-GF可以在对称电池中实现无树枝状的锌阳极,在1 mA cm-2时可以稳定循环1180小时,在5 mA cm-2时可以稳定循环1200小时。更令人印象深刻的是,使用Janus MXene-GF隔膜组装的水系锌离子电池全电池在5.0 A g-1条件下循环1000次后,实现了良好的容量保持率(77.9%)。这种具有可扩展性和有效性的策略为高性能金属阳极提供了一个新的视角。

Figure 1. a) Schematic diagram depicting the preparation and function of MXene-GF separator. b) Digital photos of bare GF and MXene-GF. The inks used for printing with different concentrations are displayed as the insets. The marked number represents x mg mL−1 , x = 0, 1, 3, and 5. c) Schematic illustration of the polarized charge distribution within different separators. d) Digital photo of a MXene-GF sheet with a diameter of 11 cm.
Figure 5. Electrochemical performances of AZIB full cells equipped with MXene-GF separators.


2. Advanced Functional Materials ( IF 18.808 ):氟功能化MXene QDs用于高开路电压的近循环效率CsPbI3太阳能电池


由于CsPbI3无机过氧化物在串联太阳能电池中具有理想的带隙和良好的热稳定性,因此吸引了大量的关注。然而,CsPbI3过氧化物太阳能电池(PSCs)仍然表现出低效率和由于非辐射重组造成的高能量损失。在此,我们制备了功能化的Ti3C2Fx量子点(QDs),并选择其作为界面钝化剂来提高CsPbI3 PSCs的性能。系统的实验结果显示,Ti3C2Fx量子点主要在三个方面充当有效的钝化剂。1)p型Ti3C2Fx QDs可以调节过氧化物薄膜的能级,为空穴转移提供有效途径;2)Ti3C2Fx QDs可以有效钝化缺陷,减少界面非辐射重组;3)Ti3C2Fx QDs形成阻挡层,防止水的侵入,提高CsPbI3 PSCs的稳定性。因此,经过Ti3C2Fx QDs处理的冠军CsPbI3 PSCs表现出20.44%的出色效率,开路电压高达1.22V。同时,在环境空气中储存600小时后,没有封装的相应器件保持了其初始效率的93%。

Figure 1. a) Preparation process of Ti3C2Fx QDs. b) XRD pattern of Ti3AlC2 bulk and Ti3C2Fx flake, Ti3C2Fx QDs. XPS spectra of c) Ti3C2Fx QDs, d) Ti 2p, and e) F 1s. f) SEM image of Ti3C2Fx flakes. g) TEM and h) HRTEM images of Ti3C2Fx QDs.
Figure 2. a) Top-view SEM images, b) AFM images, and c) Contact angles of CsPbI3 films with different concentrations of Ti3C2Fx QDs treatment.
Figure 6. a) Photographs of control and Ti3C2Fx QDs-treated CsPbI3 films aged in ambient air conditions (RH: ≈35%, T = 25 °C). b) XRD patterns of perovskite films without and with Ti3C2Fx QDs treatment at 35% RH for 0 and 120 h. c) Air stability of the CsPbI3 PSCs without and with Ti3C2Fx QDs treatment.


3.Advanced Science ( IF 16.806 ): 微流控3D打印的动态响应性支架用于皮瓣再生


生物支架在随机皮瓣再生方面具有广阔的前景,但由于其血管化能力不足,在动态愈合过程中缺乏反应性,实际应用受到很大限制。在此,我们提出了一种新型的具有动态响应通道的MX-HF(MX-HF)支架,通过使用微流控技术辅助的3D打印策略,促进血管化和皮瓣再生。受益于MX-HF支架中MXene纳米片的光热转换能力和聚(NIPAM)水凝胶的温度响应能力,它们显示出近红外(NIR)响应的收缩/膨胀行为,这有利于细胞从周围环境渗透到支架通道。此外,通过将血管内皮生长因子(VEGF)纳入水凝胶基质以实现可控输送,MX-HF支架可以在近红外照射下实现促进内皮细胞的增殖、迁移和促血管生成作用。在体内进一步证明,NIR反应性VEGF@MX-HF支架可以通过促进血管生成、减少炎症和减弱皮瓣的凋亡来有效改善皮瓣的存活率。因此,我们认为这种反应性MX-HF支架是临床随机皮瓣再生以及其他不同组织工程应用的有前途的候选材料。

Figure 1. Schematic illustration of the dynamically responsive scaffolds from microfluidic 3D printing for skin flap regeneration.
Figure 3. Photothermal responsive performance of the MX-HF scaffolds.


Figure 5. The skin flap survival rates after treatment.


4. ACS Nano ( IF 15.881 ): 用于增强和协同声动力肿瘤纳米治疗的二维 MXene 原位纳米声敏剂生成


尽管声动力疗法(SDT)具有组织穿透深度高、无电离辐射、成本低等优点,但仍存在活性氧(ROS)量子产率低、传递效率有限、声敏剂潜在毒性大等问题。与直接将声敏剂送入肿瘤组织进行SDT不同,本工作报告了制造二维(2D)纳米声敏剂/纳米催化剂(Ti3C2/CuO2@BSA),通过对肿瘤微环境的反应,原位生成纳米声敏剂,实现高性能和协同的声动力/化学动力肿瘤治疗。二维Ti3C2 MXene上的CuO2纳米颗粒在酸性肿瘤微环境中实现了H2O2的原位生成,用于氧化Ti3C2以产生TiO2纳米致敏剂,同时,碳基质在氧化后增强了电子(e-)和空穴(h+)的分离,进一步增强了SDT的功效。在声动力过程中的超声照射也增强了Cu引发的Fenton-like反应,以产生更多的ROS来协同声动力肿瘤治疗。实验结果证实并证明了化学动力和声动力纳米疗法在体外和体内的协同治疗效果。正如RNA测序所证明的那样,化学动力和声动力协同治疗的抗肿瘤机制与氧化磷酸化、ROS生成和细胞凋亡的上调有关。因此,这项工作提供了一个独特的范式,即二维MXene起源的原位纳米增敏剂生成,用于增强和协同的声动力肿瘤纳米治疗。

Figure 1. Schematic illustration of 2D MXene-originated in situ nanosonosensitizer generation for augmented and synergistic sonodynamic tumor nanotherapy.
Figure 2. Preparation and characterization of Ti3C2/CuO2@BSA nanosheets.
Figure 6. Antitumor effect of Ti3C2/CuO2@BSA nanosheets in vivo.

5. Small ( IF 13.281 ):用ZnTCPP修饰的Ti3C2TX MXene具有捕集细菌的能力和增强的可见光光催化抗菌活性


光辅助抗菌治疗是一种很有前途的抗生素治疗替代方法,因为它具有很高的抗菌效果,而且没有细菌抗药性。最近的研究主要集中在利用近红外光的照射,通过利用高热和自由基氧的协同效应来杀死细菌。然而,由可见光激发的光催化抗菌疗法更加方便实用,特别是对于伤口。在此,我们设计并制造了一种可见光反应的ZnTCPP/Ti3C2TX的有机无机混合体,用于治疗细菌感染,在10分钟内对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌效率分别达到99.86%和99.92%。卟啉金属复合物ZnTCPP组装在Ti3C2TX MXene表面,以静电方式捕获细菌,Ti3C2TX和ZnTCPP之间形成的肖特基结促进了可见光的利用,加速了电荷分离,并增强了光生电荷的流动性,最终提高了光催化活性。由于ZnTCPP/Ti3C2TX具有出色的捕菌能力和光催化抗菌作用,暴露在可见光下的ZnTCPP/Ti3C2TX在体外和体内都具有良好的抗菌性能。因此,已被证明具有良好的生物相容性和增强伤口愈合的有机无机材料在生物光催化、抗菌治疗以及无抗生素的伤口治疗方面有很大潜力。

Figure 1. SEM images of a) Ti3C2TX, b) ZnTCPP, and c,d) ZnTCPP/Ti3C2TX; e) TEM image and f) HR-TEM image of ZnTCPP/Ti3C2TX; g) EDS elemental maps of ZnTCPP/Ti3C2TX.
Figure 4. a,b) UPS spectra of Ti3C2TX, ZnTCPP, and ZnTCPP/Ti3C2TX; c) Energy scheme before and after contact between ZnTCPP and Ti3C2TX; d) Mechanism for the enhanced yield of ROS upon visible light irradiation.
Figure 9. a) Schematic illustration of the S. aureus wound infection model and therapy; b) Photographs of the infected wounds on days 0, 2, 6, and 14; c) Photographs of bacterial colonies derived from the homogenized tissues of the infected sites of mice on day 2; d) Wound healing rates on days 0, 2, 6, and 8; e) Antibacterial rates on day 2 (*p < 0.05, **p < 0.01, and ***p < 0.001).


6. Chemical Engineering Journal ( IF 13.273 ) : 具有高灵敏度的生物相容性和透气全纤维压阻传感器,用于人体生理运动监测


柔性压力传感器因其在可穿戴电子产品、个人健康监测、疾病诊断和智能电子皮肤(E-skin)等方面的各种潜在应用而引起了极大的关注。然而,制备具有高柔韧性、轻质、透气性、良好的生物相容性和优异传感性能的压力传感器,用于舒适、全面的人体生理运动监测,仍然是一个巨大的挑战和高度期望。在这里,我们提出了一种具有高灵敏度的生物相容和透气的全纤维压阻传感器。该器件由浸渍有导电 MXene 纳米片 (MXene/PVDF) 作为敏感层的多孔聚偏二氟乙烯 (PVDF) 纳米纤维薄膜精心组装而成,以及以磁控溅射银叉指电极(Ag/PVDF)为电极层的多孔PVDF纳米纤维膜,其间引入聚酰亚胺(PI)作为绝缘层。全 PVDF 纳米纤维结构使传感器具有出色的柔韧性、可靠的透气性和良好的生物相容性。值得注意的是,得益于绝缘层,传感器的灵敏度进一步提高(高达 1970.65 kPa-1 ),约为不加绝缘层的 13 倍。此外,该传感器还具有其他出色的特性,例如快速响应/恢复时间(10/20 ms)和出色的循环稳定性(10000 次循环)。这些优越的性能为综合人体运动监测和压力空间分布检测的应用奠定了基础。我们的研究为智能可穿戴电子领域制造具有良好综合性能的柔性压力传感器提供了一种有效的策略。

Fig. 1. (a) The fabrication process of Ti3C2Tx MXene solution (MXene phase). (b) Schematic illustration of the preparation process of the all-fiber-based piezoresistive pressure sensor. (c) Schematic of the breathability characteristics of the sensor.
Fig. 2. (a) SEM image of Ti3C2Tx MXene nanosheets. (b) TEM image of the 2D MXene nanosheet. (c) AFM characterization of the MXene nanosheet. The inset demonstrates that the sheet thickness is about 1 nm. (d-f) SEM images of (d) the PVDF, (e) the Ag/PVDF, and (f) the MXene/PVDF nanofibers, respectively. Insets are the relevant high magnification SEM images of single nanofiber. (g) The relative elemental maps of C, Ti, O, and F elements in the MXene/PVDF nanofiber. (h) The light intensity of a light emitting diode varies with different applied pressures, demonstrating the visualization of resistance changes.
Fig. 6. Performance of the all-fiber-based pressure sensing array. (a) Optical images and schematic illustration of the assembled E-skin with 4 × 4 pixels. (b-d) Photographs of different numbers of fingers touching the E-skin and (e-g) the relevant spatial pressure distribution according to the current variation.


7. Journal of Materials Chemistry A ( IF 12.732 ): 芯壳结构中的MXene:研究进展和前景

MXene是一种新兴的二维(2D)材料,其性能已经得到了很好的评估,以满足广泛的应用。然而,使用MXenes所面临的挑战是它的堆积形成和氧化稳定性,这可能会阻碍它在要求最大表面积和高温应用方面的使用。因此,使用MXenes的材料开发在解决这些挑战方面显示出最小的效果。一种方法是通过在核壳结构中利用MXenes,同时仍然保留其有益的特性。在这篇综述中,我们讨论了MXenes在核壳结构方面的材料开发及其应用的研究和进展。特别是对涉及到MXenes作为核心或外壳的成功附着的机制进行了评估和讨论,同时还讨论了使用MXenes所带来的挑战和解决方案。该综述以MXenes在核壳中的利用和功能化的未来方向作为结束,以扩大其在混合核壳中的发展前景。

Figure 7. Summary of preparation techniques for MXenes utilized in core-shell structures.


MXene | 电池、肿瘤治疗、柔性可穿戴等领域工作的评论 (共 条)

分享到微博请遵守国家法律