Modified Ti3C2TX (MXene) nanosheet-catalyzed self-assembled, anti-aggregated, ultra-stretchable, conductive hydrogels for wearable bioelectronics
Modified Ti3C2TX (MXene) nanosheet-catalyzed self-assembled, anti-aggregated, ultra-stretchable, conductive hydrogels for wearable bioelectronics
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用于可穿戴生物电子学的改性 Ti3C2TX (MXene) 纳米片催化自组装、抗聚集、超拉伸、导电水凝胶
DOI：
10.1016/j.cej.2020.126129
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发表时间：
2020-12
影响因子：
15.1
通讯作者：
Ma Xiaojuan
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Wang Qinhua;Pan Xiaofeng;Lin Changmei;Gao Haili;Cao Shilin;Ni Yonghao;Ma Xiaojuan
2D Ti 3C 2 TX（MXene）纳米片的重新堆叠严重限制了它们的应用，并且开发克服该问题的有效策略仍然具有挑战性。因此，提出了一种有效的方法来快速制造（<20分钟）具有优异的导电性、拉伸性（~1400%）和抗聚集（>60 d）特性的MXene纳米片催化的自组装聚丙烯酸（PAA）水凝胶。在所提出的策略中，在MXene表面原位生长的TiO 2纳米颗粒（NPs）可以有效地克服纳米片在溶剂中的重新堆叠。此外，还原性TiO2@MXene纳米片不仅催化引发剂的解离，通过氧化还原反应产生足够的自由基以在不加热的情况下引发AA单体的超快聚合，而且还交联聚合物链（通过化学键合）以在几分钟而不是几小时的时间尺度内产生水凝胶。因此，MXene催化的超快自组装设计有效地克服了与水凝胶中纳米片的再聚集相关的问题。更重要的是，可以通过改变TiO2@MXene含量来调节水凝胶的结构、机械、溶胀、粘合和导电性能。这一策略应扩展到几乎所有类型的MXene自由基聚合的水凝胶具有可调的结构和性能，在可穿戴生物电子学领域具有潜在的应用。
Re-stacking of 2D Ti3C2TX(MXene) nanosheets seriously limits their applications and development of effective strategies to overcome this issue remains challenging. Thus, an efficient method was proposed to rapidly fabricate (<20 min) a MXene nanosheets-catalyzed self-assembled, poly-acrylic acid (PAA) hydrogel with excellent conductivity, stretchability (~1400%), and anti-aggregation (>60 d) properties. In the proposed strategy, in-situ growth of TiO2nanoparticles (NPs) on MXene surfaces could effectively overcome the nanosheets restacking in solvents. Moreover, the reductive TiO2@MXene nanosheets not only catalyze the dissociation of the initiator generating sufficient radicals by redox reaction to initiate the ultrafast polymerization of AA monomers without heating, but also cross-link polymer chains (via chemical bonding) to produce hydrogel in a time scale of minutes instead of hours. Therefore, the MXene-catalyzed ultrafast self-assembly design effectively overcame the problem associated with the re-aggregation of nanosheets in hydrogels. More importantly, the structural, mechanical, swelling, adhesive, and conductive performances of the hydrogel could be adjusted by altering the TiO2@MXene contents. This strategy should be extended to almost all types of MXene-radical polymerized hydrogels with tunable structures and performances that have potential applications in the field of wearable bioelectronics.
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