近期，中国科大苏州高等研究院胡源教授团队在《Chinese Journal of Polymer Science》上发表了题为“Recent Progress in Two-dimensional Nanomaterials Following Graphene for Improving Fire Safety of Polymer (Nano)composites”的综述论文。胡源教授为本文的通讯作者，博士后蔡炜为本文第一作者。
石墨烯具有热稳定的片层结构，当被添加至聚合物基体时，能够在聚合物燃烧时发挥“迷宫效应”，阻碍热质交换，从而有效提升聚合物材料的火安全性能。然而，石墨烯具有高的导电性能，限制了相应复合材料在电子封装材料领域的应用。此外，由于金属元素的缺乏和零带隙的结构，石墨烯在抑制聚合物烟气毒性方面效果较差。当前，学者们开始关注除石墨烯以外的二维纳米材料。中国科大胡源教授团队综述了继石墨烯后，几种二维纳米材料用于提升聚合物复合材料火安全性能的研究进展，包括氮化硼、黑磷烯、二硫化钼、碳化钛、氮化碳、金属有机框架。
该综述基于不同二维片层材料的自身特点，分别从片层阻隔，催化成炭，自由基淬灭三个角度介绍了二维纳米化合物的阻燃机理。由于高耐温和低介电常数，聚合物/氮化硼纳米复合材料是理想的电子封装材料。但氮化硼仅具有片层阻隔作用，阻燃效率不佳，需要高添加量才能体现效果。金属有机框架和二硫化钼以及碳化钛在高温含氧环境下会转变为金属氧化物，发挥路易斯酸催化作用，促进聚合物热解产物交联炭化，同时金属氧化物可氧化一氧化碳至二氧化碳，有效降低聚合物烟气毒性。因此，更多的学者关注了金属有机框架、二硫化钼、碳化钛的阻燃性能。黑磷烯在高温下会热解成含磷自由基，可以猝灭燃烧链自由基，在抑制聚合物燃烧热释放方面效果显著。但这一阻燃机理会造成更多的烟气释放。在水分子作用下，黑磷烯会热解转化为含磷酸，促进聚合物脱水炭化，进而以凝聚相阻燃为主。
论文链接: https://link.springer.com/article/10.1007/s10118-021-2575-2
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