可定制不同比例负载Fe3O4纳米颗粒的MXenes二维层状结构复合材料（TiO2/Ti3C2Tx/Fe3O4）

由于MXenes在制备过程中需要引入氟化物进行刻蚀以形成二维层状结构，在其产物中难以避免的存在一些表面基团（-OH、-F或=O等），因此MXenes通常用一个通式Mn+1XnTx来表示，其中T表示其表面的官能团。MXenes表面官能团的存在为其作为吸波材料提供了便利：首先，官能团在材料内部引入了大量的缺陷，一方面导致缺陷极化增强介电损耗，另一方面调控表面阻抗形成阻抗匹配和传输损耗；其次，官能团的存在可以拓宽多层材料的层间距，减小材料的密度并为材料的复合改性提供更多的空间。

图1超细Fe3O4纳米颗粒与MXenes复合吸波材料制备示意图

扫描电子显微镜显示MXenes的表面被直径～4.9nm的Fe3O4纳米粒子和TiO2粒子紧密覆盖，如图2所示。

图2  复合吸波材料扫面电镜照片

通过调整[TiO2/Ti3C2Tx]/[Fe3O4]的比例，可以优化复合材料的微波吸收能力（即反射损耗（RL）值和吸收层厚度）。样品TiO2/Ti3c2Tx/Fe3O4-5表现出显著的吸收性能，在10.1GHz处呈现反射率为−57.3 dB，在1.9 mm厚度条件下有效吸收波段（RL≤−10 dB）在9.1–11.1 GHz之间，如图3所示。

图3  复合吸波材料的反射衰减与频率关系

TiO2/Ti3C2Tx/Fe3O4复合吸波材料之所以具有上述优异吸波性能，主要有如下原因：(1) 在形成TiO2/Ti3C2Tx/Fe3O4复合材料的蚀刻和水热反应过程中，缺陷和极性官能团的存在导致了自掺杂效应，从而引入额外的载流子和有益的偶极子取向极化，而偶极子极化和相应的弛豫则会引起能量耗散。(2) 由于TiO2/Ti3C2Tx/Fe3O4复合材料具有复杂的层次结构和异质组分，生成了大量的TiO2-Ti3C2Tx、Ti3C2Tx-Fe3O4和TiO2-Fe3O4界面和三重界面。此外，在MXene表面修饰的超小尺寸Fe3O4对多界面也有很大的贡献。这样，在多界面和三重界面处积累了大量的束缚电荷，导致界面极化与相关弛豫耦合，而这些束缚的大量电荷在交变电磁场下获得足够能量可以无限制地通过界面平面，电荷的集体运动也有助于电磁波的吸收。(3) 纳米颗粒的应用使得铁原子总数在表面或表面附近的比例越来越大（例如，粒径为50和100时，比例分别约为30-60%和15-30%），有利于MXenes构建导电网络。因此，MXenes和Fe3O4纳米粒子之间的紧密相互作用使电子在铁离子和Ti3C2Tx相之间通过导电的多层结构快速有效地来回移动，这个过程也消耗部分电磁能，如图4所示。

图4  复合吸波材料微波衰减原理示意图

我们可以提供磁性纳米颗粒10-100纳米定制产品如下：

油溶性四氧化三铁

水溶性四氧化三铁

PEG修饰四氧化三铁

壳聚糖修饰四氧化三铁

葡聚糖修饰四氧化三铁

COOH修饰四氧化三铁

二氧化硅包裹四氧化三铁

氨基化/羧基化二氧化硅包裹四氧化三铁

聚吡咯包裹四氧化三铁

核壳型Fe3O4@SiO2纳米粒子

核壳型Fe3O4@SiO2纳米粒子（氨基修饰）

聚乙二醇包裹的Fe3O4磁性纳米颗粒

氨基修饰四氧化三铁磁性纳米颗粒-NH2-Fe3O4

氨基功能化聚乙二醇包裹的Fe3O4磁性纳米颗粒

羧基功能化聚乙二醇包裹的Fe3O4磁性纳米颗粒

多聚赖氨酸(Poly-L-lysine/PLL)包裹Fe3O4磁性纳米颗粒

聚合物-聚乙烯亚胺(PEI)包裹Fe3O4磁性纳米颗粒

牛血清白蛋白(BSA)包裹Fe3O4磁性纳米颗粒

链霉亲和素(Streptavidin)包裹Fe3O4磁性纳米颗粒

介孔二氧化硅包裹超顺磁性Fe3O4纳米颗粒

介孔二氧化硅包裹超顺磁性Fe3O4纳米颗粒表面氨基修饰

PAA聚丙烯酸包裹磁性Fe3O4纳米颗粒

氟碳链修饰的Fe3O4磁性纳米颗粒

葡聚糖修饰的Fe3O4磁性纳米颗粒

壳聚糖包裹的Fe3O4磁性纳米颗粒

半乳糖包裹的Fe3O4磁性纳米颗粒

透明质酸包裹的Fe3O4磁性纳米颗粒

聚苯乙烯包Fe3O4磁性微球，粒径100±50 nm

氨基修饰的Fe3O4磁性纳米颗粒

羧基修饰的Fe3O4磁性纳米颗粒

叠氮修饰的Fe3O4磁性纳米颗粒

炔烃修饰的Fe3O4磁性纳米颗粒

DBCO修饰的Fe3O4磁性纳米颗粒

羟基修饰的Fe3O4磁性纳米颗粒

生物素修饰的Fe3O4磁性纳米颗粒(Biotin@Fe3O4)

绿色荧光素标记的Fe3O4磁性纳米颗粒(FITC@Fe3O4)

红色罗丹明标记的Fe3O4磁性纳米颗粒

CY3菁染料标记的Fe3O4磁性纳米颗粒

CY3菁染料标记的Fe3O4磁性纳米颗粒

CY5菁染料标记的Fe3O4磁性纳米颗粒

CY5.5菁染料标记的Fe3O4磁性纳米颗粒

Concanavilin A 刀豆球蛋白包裹的Fe3O4磁性纳米颗粒

转铁蛋白包裹的Fe3O4磁性纳米颗粒

叶酸的Fe3O4磁性纳米颗粒

纳米金包Fe3O4磁纳米颗粒

活性基团功能化PEG纳米金包Fe3O4磁纳米颗粒

MAL-PEG-Gold coating Fe3O4

X=MAL/NH2/COOH/NH2/N3/NHS/BIOTIN/CHO/ALK

Protein A包裹的Fe3O4磁性纳米颗粒

Protein G包裹的Fe3O4磁性纳米颗粒

磷脂修饰Fe3O4磁性纳米颗粒ILP

表面氨基活化的磷脂修饰Fe3O4磁性纳米颗粒ILA

表面氨基功能化葡聚糖修饰的Fe3O4磁性纳米颗粒

表面羟基功能化葡聚糖修饰的Fe3O4磁性纳米颗粒

罗丹明标记表面氨基功能化葡聚糖修饰的Fe3O4磁性纳米颗粒

香豆素标记表面氨基功能化葡聚糖修饰的Fe3O4磁性纳米颗粒

聚L-酪氨酸Poly L-Tyrosine包裹Fe3O4磁性纳米颗粒

大环配体DOTA修饰Fe3O4磁性纳米颗粒

氧化铁纳米粒子/Fe3O4纳米复合物

多肽蛋白抗体标记磁性纳米颗粒

纳米金颗粒表面负载多肽抗体蛋白

纳米金棒负载抗体蛋白多肽

氧化铁纳米粒子/Fe3O4纳米复合物

聚(苯胺-吡咯)共聚物/Fe3O4复合材料

谷氨酸包覆的四氧化三铁纳米颗粒Fe3O4-Glu

Ag-Fe3O4磁性导电复合粉末

Fe3O4@COFs四氧化三铁磁性纳米颗粒共价有机框架

PANI-Fe3O4复合材料

Fe3O4/聚苯胺纳米复合材料

导电聚苯胺(PANI)包覆磁性四氧化三铁(Fe3O4)的纳米核-壳复合材料

四氧化三铁-聚苯胺-金纳米复合材料Fe3O4@PANI@AuNP

氧化铁纳米粒子(iron-oxide nanoparticles)

负载药物的介孔Fe3O4纳米粒子

载药介孔四氧化三铁纳米粒子

介孔四氧化三铁纳米颗粒负载环丙沙星Fe3O4@Ciprofloxacin

介孔四氧化三铁纳米颗粒负载紫杉醇Fe3O4@PTX

介孔四氧化三铁纳米颗粒负载阿霉素Fe3O4@DOX

各类肿瘤靶向药物负载的介孔四氧化三铁

介孔二氧化硅修饰四氧化三铁纳米颗粒Fe3O4@SiO2

四氧化三铁@二氧化锰核壳结构纳米颗粒

有机小分子/高分子修饰介孔四氧化三铁Fe3O4颗粒

RNA/DNA负载Fe3O4四氧化三铁纳米材料

聚苯胺/TiO2-Fe3O4二元

PAn/TiO2/Fe3O4聚苯胺(PAn)微米纤维材料

CoFe-Fe3O4纳米复合物

zzj 2021.3.15