综述：二维MXene膜的设计与构建及其在先进分离中的应用

这篇综述系统阐述了新型二维材料MXene的制备策略、理化特性及其在分离膜领域的应用进展。文章重点探讨了通过蚀刻剥离法制备Ti3C2Tx等MXene纳米片的工艺优化，分析了其层间通道调控机制（如-OH/-F终端基团修饰），并评述了MXene膜在气体分离（CO2/N2）、水处理（脱盐）、有机溶剂纯化等领域的性能突破，为开发高性能分离膜材料提供了理论指导。

　　

二维MXene膜的崛起：分离科学的新纪元

引言

分离技术是化工领域的核心环节，传统蒸馏、结晶等工艺能耗高且效率低。MXene作为新型二维过渡金属碳氮化物（Ti₃C₂T_x），凭借原子级厚度、可调层间距（0.3-1.2 nm）和丰富表面基团（-O/-F），成为膜分离领域的明星材料。其独特的分子筛效应和机械稳定性（弹性模量>300 GPa），为开发高效节能分离膜开辟了新路径。

MXene纳米片的制备艺术

通过"自上而下"的蚀刻剥离法，采用HF或HCl/LiF混合溶液选择性蚀刻MAX相（如Ti₃AlC₂）中的Al原子层，可获得单层MXene。研究发现，超声辅助插层（如TMAOH）可将产率提升至80%以上，而氟盐熔融蚀刻法则能制备高结晶度MXene。值得注意的是，表面终端基团比例直接影响膜亲水性，-OH含量越高，水通量提升越显著。

膜构建的三大策略

真空抽滤法构建的纯MXene膜展现0.5 nm精确筛分能力；通过界面聚合法将MXene与聚酰胺复合，可使有机溶剂通量提高3倍；而层层自组装技术结合聚电解质（如PDDA）能稳定层间距至0.6 nm，实现Na⁺/Mg²⁺选择性分离。特别有趣的是，MXene与GO的杂化膜通过π-π堆叠效应，可同步提升机械强度和截盐率（>99%）。

分离应用的突破

在CO₂/CH₄分离中，MXene膜因量子限域效应使CO₂渗透速率达10³ Barrer；处理含染料废水时，带负电的MXene层可吸附98%亚甲基蓝；更令人振奋的是，通过Al³⁺交联的MXene膜在海水淡化中展现>90%的盐截留率，且抗生物污染性能突出。

挑战与展望

尽管MXene膜在通量和选择性上超越传统聚合物膜，但规模化生产仍受制于纳米片团聚问题。未来研究方向包括开发无氟蚀刻工艺、构建仿生智能响应膜，以及探索MXene/MOFs杂化体系。正如作者所言："调控MXene的电子云密度分布，可能打开离子选择性传输的新维度。"