无机材料学报2024,Vol.39Issue(10) :1151-1158.DOI:10.15541/jim20240143

聚苯胺改性Ti3C2(OH)2抗氧化性的第一性原理计算研究

First-principles Calculation Study of the Oxidation Resistance of PANI Modified Ti3C2(OH)2

周云凯 刁亚琪 王明磊 张宴会 王利民
无机材料学报2024,Vol.39Issue(10) :1151-1158.DOI:10.15541/jim20240143

聚苯胺改性Ti3C2(OH)2抗氧化性的第一性原理计算研究

First-principles Calculation Study of the Oxidation Resistance of PANI Modified Ti3C2(OH)2

周云凯 1刁亚琪 2王明磊 2张宴会 2王利民2
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作者信息

  • 1. 燕山大学亚稳材料制备科学与技术重点实验室先进结构材料中心,秦皇岛 066004;河北科技师范学院研究生部,秦皇岛 066004
  • 2. 燕山大学亚稳材料制备科学与技术重点实验室先进结构材料中心,秦皇岛 066004;燕山大学材料科学与工程学院,秦皇岛 066004
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摘要

Ti3C2(OH)2的抗氧化性和结构稳定性不佳极大地限制了其实际应用推广.本工作通过第一性原理计算方法,对比研究了 Ti3C2(OH)2、聚苯胺(PANI)和 PANI/Ti3C2(OH)2复合材料的表面氧吸附行为.计算结果表明,Ti3C2基体上-OH官能团改变了活性吸附位点,并一定程度上改善了 Ti3C2基体的抗氧化性和结构稳定性.Ti3C2(OH)2与PANI复合后,表面PANI的氧吸附活性较高,而Ti3C2(OH)2的氧吸附能大幅度降低.经Bader电荷计算发现,复合后从PANI端到Ti3C2(OH)2发生了电子转移,从而保护了后者.因此,PANI改性Ti3C2(OH)2复合材料可以通过牺牲表面PANI来保护Ti3C2(OH)2基体,进而提高其结构稳定性和抗氧化性能.本工作对于提高MXene体系抗氧化性能、结构和电化学稳定性具有一定的理论指导意义.

Abstract

The poor oxidation resistance and structural stability of Ti3C2(OH)2 largely limit its wide applications.In this work,the surface adsorption behaviors of oxygen atoms on Ti3C2(OH)2,polyaniline(PANI)and PANI/Ti3C2(OH)2 composite were systematically studied and compared by first-principles calculation method.The simulation results suggest that the existence of-OH functional group can change the active sites on Ti3C2 matrix.Thereby the oxidation resistance and the structural stability of Ti3C2 matrix can be improved in some extent.Furthermore,after modifying Ti3C2(OH)2 by PANI,the adsorption activity of PANI is much larger.Meanwhile,the adsorption energy of oxygen on the Ti3C2(OH)2 end is significantly decreased,which is caused by the electron transfer from PANI to Ti3C2(OH)2,as confirmed by the Bader charge calculation.Therefore,the oxidation resistance and the structural stability of the PANI modified Ti3C2(OH)2 composite are improved by sacrificing PANI,since oxygen prefers to adsorb and attack PANI firstly.This work provides theoretical guidelines for the improvement of oxidation resistance,structural and chemical stability of MXene.

关键词

MXene/结构稳定性/抗氧化性/PANI修饰/第一性原理计算

Key words

MXene/structural stability/oxidation resistance/PANI modification/first-principles calculation

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基金项目

河北省高等学校科学技术研究项目(QN2023255)

燕山大学校内培育项目(2022LGZD007)

亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室(燕山大学)开放课题(202413)

出版年

2024
无机材料学报
中国科学院上海硅酸盐研究所

无机材料学报

CSTPCD北大核心
影响因子:0.768
ISSN:1000-324X
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