成果简介
日益严重的电磁辐射和水污染正严重威胁着人们的生活环境。开发多功能纳米材料来减少电磁辐射和去除水溶液中的污染物，在环境保护领域受到广泛关注。本文，北京化工大学王维 教授团队在《Carbon》期刊发表名为“One-step in-situ preparation of C/TiO2@rGO aerogel derived from Ti3C2Tx MXene for integrating microwave absorption, electromagnetic interference shielding and catalytic degradation of antibiotics”的论文，研究以一个多功能C/TiO2@reduced以Ti3C2Tx MXene为原料，采用原位一步法制备了集微波吸收、电磁干扰屏蔽和光催化降解于一体的氧化石墨烯（rGO）气凝胶。正如预期的那样，该复合材料在 3 wt.% 的超低填料负载率下表现出优异的微波吸收性能，最小反射损耗 (RLmin) 为 -60.24 dB，有效吸收带宽 (EAB) 为 6.16 GHz。
研究表明，卓越的微波吸收性能归功于独特的界面构造和多孔结构，以及增强介质损耗和良好阻抗匹配的协同效应。令人印象深刻的是，获得的样品还显示出 52.63 dB 的优异电磁干扰屏蔽效率，以及分别为 96.5% 和 91.6% 的抗生素四环素（TC）和土霉素（OTC）光催化降解效率，这揭示了其多种用途的本质。因此，这项工作为综合环境应用提供了一种前景广阔的多功能材料，并为当前的环境问题提供了一种创新的解决方案。
图文导读
图1. a) C/TiO2@rGO 气凝胶的合成过程示意图；b-d) CTA-2 的 SEM 图像；e) 少层 MXene 的 TEM 图像；f, g) CTA-2 样品的 TEM 图像和 h, i) HRTEM 图像；j) 锐钛型 TiO2 的晶格结构。
图2. 成分表征：a) 合成样品的 XRD 图样和 b) 拉曼光谱；c) 样品 CTA-2 的 XPS 勘测光谱、d) C 1s、e) O 1s 和 f) Ti 2p。
图3. a, d, g) CTA-1 样品，b, e, h) CTA-2 样品，g, h, i) CTA-3 样品的计算 RL 值、相应的三维等值线图和平面图；j) 不同厚度样品的 RL 直方图分布；k) 样品的最大 RL 值和 EAB 值比较；l) C/TiO2@rGO 气凝胶的微波吸收性能与之前其他报告的比较。
图4. C/TiO2@rGO气凝胶的微波吸收机制示意图
图5. 样品 CTA-2 在不同负载比下的电磁干扰 a) SET、b) SER、c) SEA、d) 吸收率 (A)、e) 反射率 (R) 和 f) 透射率 (T) 系数。i) C/TiO2@rGO 气凝胶的电磁干扰屏蔽机制示意图
图6. 不同样品对 a) TC 和 c) OTC 的光催化去除曲线，以及 b、d) 相应的伪一阶动力学拟合曲线；e) CTA-2 和 TiO2 样品的瞬态光电流响应和 f) EIS 奈奎斯特图。
小结
总之，通过一步水热法和随后的冷冻干燥法，制备出了 C/TiO2@rGO 气凝胶这种多功能纳米材料。由于其独特的三维多孔结构、良好的阻抗匹配以及增强的传导损耗和极化损耗，合成的样品 CTA-2 在填充率仅为 3 wt.% 时就表现出了优异的微波吸收性能。其中，厚度为2.59mm 的样品CTA-2的 RLmin 达到 60.24 dB，2.21mm时的 EAB为6.16 GHz，覆盖整个Ku波段。此外，样品 CTA-2 还具有很强的屏蔽性能，其SET为50.63dB。更重要的是，通过巧妙的原位相变将半导体TiO2添加到复合材料中，实现了抗生素的光催化降解。在90分钟内，TC和OTC的光催化降解效率分别达到 96.5% 和 91.6%。这项研究为多学科应用提供了一种具有巨大潜力的纳米材料，为制备新一代多功能材料提供了新的思路。
文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2023.118610
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