壳聚糖分子量对Ti?C?T? MXene/壳聚糖复合材料界面结构的影响研究

《Polysaccharides》：Influence of Chitosan Molecular Weight on the Functionalization and Interfacial Architecture of Ti3C2Tx MXene Composites

　　

摘要

本研究采用互补的光谱学和显微技术，探讨了壳聚糖（CS）分子量对Ti₃C₂T_x MXene（MX）/壳聚糖复合材料（CS/MX）界面结构的影响。研究评估了两种具有不同分子量和脱乙酰度（DD）的商业壳聚糖，分别为CS-1（91 kDa，73.05% DD）和CS-2（153 kDa，69.52% DD）。Ti₃C₂T_x MXene通过选择性蚀刻Ti₃AlC₂合成，并利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）和拉曼光谱进行了表征。XPS和拉曼分析通过以下证据证实了MXene的成功合成：表面铝含量降低了45.4%，含氟表面端基显著增加，以及在约200 cm^?1处出现了特征A₁g(Ti,C)拉曼模式。通过真空辅助过滤制备了含有不同MXene负载量的复合膜（MX-25、MX-50和MX-75）并进行表征。形态学和光谱学分析表明，低分子量壳聚糖促进了MXene层间更有效的插层，形成了扩展的类似手风琴的结构并提高了表面可及性。相比之下，高分子量壳聚糖形成了较厚的聚合物包覆层，部分包裹了MXene片层。ATR-FTIR、拉曼和XPS结果表明，CS-MX复合材料的形成受非共价相互作用控制，主要是质子化壳聚糖 –NH₃⁺基团与带负电荷的MXene表面端基之间的静电吸引作用，并由氢键进一步强化。这些发现表明，壳聚糖分子量是控制基于Ti₃C₂T_x复合材料的界面结构和表面可及性的关键设计参数。