Research progress of MXene materials in radioactive element and heavy metal ion sequestration

Abstract

NiCo-LDH/Ti3C2 MXene hybrid materials for lithium ion battery with high-rate capability and long cycle life

Recent Advance in the Fabrication of 2D and 3D Metal Carbides-Based Nanomaterials for Energy and Environmental Applications

“…MXene possess a large specific surface area, hydrophilicity and abundant highly active surface sites [ 92 , 93 ], which has been proven to adsorb and remove heavy metal ions, organic dyes, radionuclides, gas molecules and other environmental pollutants [ 91 ]. More importantly, MXene materials have abundant surface functional groups, which can provide more adsorption sites for heavy metal ions, and have been widely used in the field of heavy metal adsorption [ 94 ]. Recently, it was found that the 2D layered MXene material can be alkalization intercalated to achieve heavy-metal ion adsorption [ 95 ].…”

Theoretical Studies on the Modulation of the Electronic Property of Ti2CO2 by Electric Field, Strain, and Charge States

“…过渡态金属与碳原子之间容易形成共价键-离 子键-金属键类型的混合价键, 该混合价键具有更 多的自由度, 这使得 MXene 材料的物理化学性能更 加丰富, 且具有更强的可调控性。MXene 材料在储 能 [7][8] 、催化 [9][10] 、复合材料 [11] 、发光材料 [12][13] 和电 子 [14][15][16] 等领域表现出众多应用潜景。在核能领域, MXene 大的比表面积、丰富的活性位点及良好的抗 辐照及热导性能, 有望用于放射性元素及重离子去 除(环境治理) [17] 。自 MXene 材料发现以来, 众多实 验研究人员试图合成更多新型 MXene 材料, 众多理 论研究工作者在探索 MXene 材料的应用方面也在 不懈努力。到目前, 成功合成的 MXene 材料已多达 数十种, 如 Ti 2 C、 Ti 3 C 2 、 Ti 3 CN、 Ti 4 N 3 、 Zr 3 C 2 、 Hf 3 C 2 、 V 2 C、Nb 2 C、Mo 2 C、Nb 4 C 3 、Ta 4 C 3 、(Ti 0.5 Nb 0.5 ) 2 C 和(V 0.5 Cr 0.5 ) 3 C 2 等 [6,[18][19][20][21][22][23][24][25] 。多数已合成的 MXene 材 料呈现本征的金属性, 而 Ti 2 CO 2 、Sc 2 CF 2 和 Sc 2 CO 2 等呈现半导体性质 [26] 。通过官能团、外加电场、应 力等条件可以对半导体性 MXene 材料的电子性质 进行有效调控, 这对于拓展 MXene 材料的应用研究 具有重要意义。 含钛 MXene 材料因最早面世且表现 出丰富的物理化学性能, 与其相关的研究更加丰富 且深入。…”

Adsorption of Eu(III) on Alkalized Ti3C2Tx MXene Studied by Batch Experiment and Mechanism Investigation

“…Key words: Na-Ti 3 C 2 T x ; Eu(III); removal; interaction mechanism 近年来随着核能利用的快速发展, 由反应堆核 燃料燃烧生成的乏燃料总量不断增加, 其后处理过 程也伴随着大量放射性废物的产生。以 241 Am、 243 Am 和 244 Cm 为代表的三价次锕系核素以及部分 镧系裂变产物(如 155 Eu)均具有强放射毒性和长半衰 期寿命 [1][2] , 如处置不当将对生态环境和人类健康 造成严重威胁。例如, 241 Am 的过量暴露可引发骨髓 受损等急性放射病, 还会显著增加患各类慢性炎症 (肝炎、肾炎)以及癌症等疾病的风险 [3] 。因此如何能 够高效快速地去除这些关键放射性核素已成为备受 关注的重要环境议题 [4][5][6][7] 。由于具有非常相近的物理 化学性质以及环境迁移行为, Eu(III)通常作为三价 次锕系元素以及其他镧系元素的化学模拟物, 被用 来开展相应的宏观吸附行为和光谱学性质研究。在 过去几十年中 Eu(III)与氧化铝 [8][9][10] 、TiO 2 [11][12] 、粘 土矿物 [13][14][15] 和碳基材料 [16][17][18][19] 之间的相互作用得到了 广泛的研究。人们重点考察了 pH、离子强度、腐殖 质等环境因素对固体颗粒吸附 Eu(III)的影响。然而, 较慢的吸附动力学以及较低的吸附容量等诸多缺点 限制了这些材料在环境水体中清除次锕系与镧系放 射性核素的实际效果。 二维过渡金属碳/氮化物(MXene)是 2011 年后 发现的一族新型层状纳米材料, 因其具有优越的物 理化学性质而受到人们的关注, 已在能量储存 [20][21][22][23][24] , 高 效 催 化 [25][26][27] , 电 磁 吸 收 和 屏 蔽 [28][29][30] 和 化 学 传 感 [31][32][33] 等方面被广泛应用。 由于 MXene 具有良好的 亲水性、负的表面电荷、优异的离子插层能力以及 大量的活性吸附位点 [34][35][36] 。其在水处理和环境修复 领域也崭露头角(已有文献报导 MXene 可对染料分 子、重金属离子和放射性核素进行有效去除) [37][38][39][40][41][42][43] 具有典型的层状堆叠结构, 这与之前的文献报道一 致...…”