综述：MXene基复合材料在高效太阳能加热水蒸发中的稳定性评估与进展

本综述系统探讨了MXene基复合材料在光热水蒸发（PWE）应用中的稳定性策略与性能优化，重点介绍了通过聚合物、脱木素木材（DW）和碳基材料增强其抗氧化能力的设计方案，为废水处理领域的研究者提供了关于材料保护机制和光热转换效率提升的深刻见解。

　　

引言

随着全球淡水资源日益紧张，太阳能驱动的水蒸发技术（PWE）因其可持续性和低能耗特性成为研究热点。MXene作为二维过渡金属碳化物和氮化物，具有优异的生物相容性、光电特性和化学性质，但其易氧化的特性严重限制了实际应用。本综述系统分析了通过材料复合策略提升MXene稳定性的最新进展。

数学表达式与性能参数计算

蒸发器性能通过热导率（λ）、效率（η）和光吸收率（α）等参数量化。热导率计算公式为 λ = α × C_p × ρ，其中C_p是水的比热容（4.18 J·g^?1·K^?1）。蒸发效率η = m(L_v + Q)/P_in，其中m是质量通量，L_v是水汽化潜热。光吸收率通过太阳光谱反射函数R(λ)计算。盐排斥率（SR）和通道内水流高度（H）的计算分别采用SR = C_out/C₀ × 100% 和 H = 2σcosθ/rρg 公式。

MXene的特性、合成与表征

MXene（M_n+1X_nT_x）源自MAX相前体，通过氢氟酸蚀刻或无氟方法制备。其表面终止基团（–OH、–O–、–F）赋予亲水性和高电导率，但也是氧化敏感位点。表征手段包括X射线衍射（XRD）验证(002)峰，动态光散射（DLS）测定粒径，扫描电镜（SEM）观察形貌，X射线光电子能谱（XPS）分析元素组成。

MXene基复合材料的PWE应用

为克服氧化问题，研究者开发了三类复合体系：

1. 1.
   亲水聚合物复合：如聚丙烯酰胺（PAM）-MXene水凝胶通过氢键结合，蒸发速率达2.15 kg·m^?2·h^?1，但存在盐结晶问题。
2. 2.
   疏水聚合物复合：聚二甲基硅氧烷（PDMS）涂层形成133.2°接触角表面，有效阻隔盐离子，蒸发速率1.526 kg·m^?2·h^?1。
3. 3.
   木材基复合：脱木素木材（DW）与MXene结合后接触角降至15°，其定向孔道实现1.927 kg·m^?2·h^?1的高蒸发速率。
4. 4.
   碳基材料复合：MXene/碳纳米管（CNTs）棉织物蒸发器光吸收率达93.5%，而还原氧化石墨烯（rGO）复合体系可维持30天96%的蒸发稳定性。

稳定性挑战与防护机制

MXene氧化主要由水分子和溶解氧引发，导致电导率从2.49×10⁴ S·m^?1降至1.16×10³ S·m^?1（27天）。防护策略包括：

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  聚合物屏蔽：聚吡咯（PPy）通过π-π相互作用包覆MXene
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  木材孔道封装：DW的微米级通道物理隔离氧气
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  碳材料保护：rGO的自组装层减少水分渗透
  分子动力学模拟表明，H₂O₂环境下的氧化速率显著高于干燥条件。

未来展望

需开发无氟合成工艺、探索钒基等新型MXene组分、设计自清洁抗盐结构。大规模生产需突破卷对卷制造技术，环境可持续性需考虑材料回收设计。通过多材料协同和表面纹理优化，MXene复合蒸发器有望实现153.7%的超高光热效率（ZIF-67@MXene/rGO体系）。

结论

MXene基复合材料通过界面工程显著提升抗氧化能力和蒸发性能，其中聚合物/木材/碳材料的保护机制为解决氧化难题提供了多元化方案，为下一代太阳能水净化技术的实际应用奠定基础。