MXene

基于以上提取的内容生成中文报告如下：

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为了应对全球化石能源短缺及温室气体排放问题，来自昆明理工大学（Kunming University of Science and Technology）、广东工业大学（Guangdong University of Technology）以及瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的研究团队（主要作者：Yong Luo、Yuhui Xie、Hao Jiang、Ying Chen、Li Zhang、Xinxin Sheng、Delong Xie、Hua Wu、Yi Mei），在2021年5月发表的《Chemical Engineering Journal》（DOI: 10.1016/j.cej.2021.130466）中提出了一种新型基于MXene的相变材料（Phase Change Materials, PCMs）的研究工作，为太阳能热能储存的安全性和效率提升提供了新方案。

背景与研究目的

相变材料因具有较高的潜热和固定的相变温度，被认为是提高太阳能热能利用效率的理想选择。然而，传统PCMs的渗漏、低热导率及高可燃性等问题严重限制了其实际应用。为了解决这些问题，研究通常借助多孔材料作为支撑框架，例如石墨烯、碳纳米管或金属泡沫。然而相较于其它材料，具有高导热性与优异能量转换能力的二维MXene材料近日在热能存储领域表现了良好前景。基于此研究现状，本研究旨在：通过对PCMs进行磷化学修饰并引入MXene骨架，提高相变复合材料的热稳定性、导热性能及阻燃性。

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实验设计与研究流程

1. 合成MXene气凝胶

• 从Ti3AlC2粉末（Max）出发，利用LiF和浓盐酸（HCl）进行化学刻蚀法去除铝（Al）层并制备MXene（Ti3C2Tx）纳米片。该过程中，MXene的层间距从0.93nm扩展到1.19nm。
• 制得的MXene通过冷冻干燥术形成气凝胶，其所得气凝胶的比表面积可达61.4平方米/克，具有中孔和大孔结构。

2. 合成磷改性硬脂醇（P-sal）

• 利用磷氧氯化物（POCl3）与硬脂醇（Stearyl Alcohol, Sal）在惰性氮气气氛下反应8小时，生成P-sal（磷氧化物键存在），同时通过红外光谱（FTIR）和核磁共振（NMR）确认物质结构。

3. 制备P-sal@MXene相变复合材料

• 借助真空熔融浸渗法，不同比例的P-sal与MXene混合。复合材料命名为PSM-1至PSM-4（MXene重量百分比分别为5%、10%、15%和20%）。
• 经过SEM观察及XRD（X射线衍射）确认P-sal均匀渗透到MXene的框架中，而MXene通过毛细力和氢键避免了PCMs的渗漏。

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主要研究结果与数据支持

1. 热能储存性能

差示扫描量热法（DSC）测试显示： - PSM-4样品的熔融焓达120.1 J/g，表明仍保有良好热能储存能力； - 经过200次热循环测试后，其相变温度及潜热几乎没有变化，表现出优异的热可靠性与化学稳定性。

2. 导热性能

• 得益于MXene骨架的高导热性，PSM-4样品的热导率提升了37.8%（0.486 W/m·K）；
• MXene通过其连续网络结构有效形成热通道，降低了界面热阻。

3. 形状稳定性

在高温稳定性实验中： - P-sal样品在90°C完全熔化并发生渗漏； - PSM-1到PSM-4逐步改善了形状稳定性，其中PSM-4在整个加热过程（至90°C）下无渗漏。

4. 阻燃性能与机理

通过锥形量热法评估阻燃性能，结果表明： - P-sal样品的总热释放量（THR）相比Sal降低16.6%；PSM-4样品的峰值热释放速率（PHRR）和THR进一步降低42.8%和32.1%； - TG-IR分析表明：磷的自由基淬灭作用和MXene的气体屏障效应，共同抑制了高易燃组分的生成； - SEM和XPS测试发现烧蚀后PSM-4残渣形成了致密的碳层与TiO2-磷酸盐复合陶瓷，进一步强化了阻燃效果。

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应用价值与科学意义

以上研究开发了一种通过磷改性和MXene网络构建的阻燃型相变材料, 实现了高效的热能存储和热转换能力。PSM-4复合材料在形状稳定性、导热性及阻燃性上表现突出，具有以下重要意义： 1. 科学价值: 此研究丰富了MXene在新型PCMs开发中的应用基础，为二维材料与多功能复合材料结合提供了科学依据； 系统研究了磷化修饰与MXene协同效应的阻燃机制。 2. 实际应用: 新型PCMs具备太阳能热能存储、电子设备热管理及建筑材料热节能应用潜力； 提供了安全性更高的储能解决方案，推动储能材料在建筑、能源领域的实际部署。

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创新亮点

1. 材料创新: 提出了通过磷氧化物修饰结合MXene框架的一体化阻燃策略。
2. 全方位优化: 同时提高了PCMs的热稳定性、潜热储存能力、形状稳定性和阻燃性。
3. 应用导向: 从实际工程需求出发，提供了一种高效、经济且环保的相变储热材料解决方案。

综上所述，本文提出的基于MXene的相变材料在学术意义和应用领域均具备显著价值，为未来热能储存系统的研发提供了重要参考模型。