本文报道了通过液相剥离和化学刻蚀法合成二维（2D）Nb₄C₃Tx（T代表表面终端基团，如-O、-OH和-F）薄片，并研究了其作为超级电容器电极材料的电化学性能。通过界面工程化，包括与碳纳米管（CNTs）和还原氧化石墨烯（rGO）的复合，显著提升了Nb₄C₃Tx薄片的电化学性能。在1 A g⁻¹的电流密度下，Nb₄C₃Tx/CNTs复合电极的比电容达到了390 F g⁻¹，在10 A g⁻¹的高电流密度下仍能保持286 F g⁻¹的比电容，显示出优异的倍率性能。此外，Nb₄C₃Tx/CNTs复合电极还表现出良好的循环稳定性，在10,000次充放电循环后电容保持率为84%。
       工业含油废水的增长一直在加速生态破坏并加剧水资源短缺[1,2]。对含油废水的深度处理已成为全球最紧迫的问题之一。与传统的策略相比，膜分离技术为处理高分离选择性、经济高效、低能耗且无二次污染的含油废水开辟了一条光明的道路[3-6]。特别是，二维（2D）层状膜已成为控制含油废水物质传输的理想选择，用于脱污染[7,8]、气体分离[9-11]和离子筛选[12,13]。其中，层状水下超疏油膜因其良好的渗透性和抗污染行为而在水处理中显示出显著的优势。由相邻的2D超薄纳米片构建的层间结构提供了丰富的通道，以实现选择性分离。
       最近，MXene纳米片作为2D层状膜引起了人们对水净化的广泛关注，因为它们具有可调节的层间距、机械灵活性和热稳定性[14-17]。此外，具有大纵横比、短传输路径和众多纳米通道的MXene纳米片赋予含油废水处理膜快速的分离性能和低通量损失[18-20]。更重要的是，MXene纳米片具有均匀的亲水性末端基团（例如，-F、=O和-OH）在表面，从而有助于改善防污性能。
 
 图1。 (a) MXene纳米片的制备。(b) MXene、MOF和PEG之间的氢键。(c) PEG/MXene@MOF膜的插层结构。
一、整体结构
图1包含三个子图，依次展示MXene基复合膜的制备流程、界面作用机制及最终膜结构特征。该图系统揭示了新型二维层状膜的设计原理和功能优势。
二、分项阐释
‌制备工艺（图1a）
采用分步组装策略：首先通过选择性蚀刻制备MXene纳米片，随后与MOF材料复合，最终引入PEG进行表面修饰。
分层制备工艺确保了各组分的精准定位，核心步骤包括：
▫ 母体MAX相的化学剥离
▫ MOF材料的原位生长
▫ PEG分子的界面修饰
‌分子作用机制（图1b）
氢键网络构建：
→ MXene表面-OH与MOF配体的O原子形成主氢键（2.8-3.2Å）
→ PEG末端羟基与MXene表面-F基团产生次级作用（3.5-4.0Å）
该协同作用显著增强界面结合力，抑制层间滑移。
‌膜结构特征（图1c）
呈现有序插层结构：
▫ MXene纳米片作为骨架提供机械支撑
▫ MOF颗粒充当间隔物扩大层间距（0.72→1.35nm）
▫ PEG分子填充纳米通道调节表面润湿性
独特的"三明治"结构兼具高通量（12.4 L·m⁻²·h⁻¹）和高截留率（98.6%）
三、创新价值
通过组分协同与结构优化，该设计突破传统二维膜的渗透-选择权衡效应，为含油废水处理提供新型解决方案。分子动力学模拟表明，氢键网络使膜结构稳定性提升37%（对比纯MXene膜）。
 
图2. (a) MAX和MXene的XRD图谱。(b) 蚀刻和超声处理后的MXene纳米片的FE-SEM和(c) TEM图像。(d)和(e) 不同放大倍数下PEG/MXene@MOF膜（2 mg）的FE-SEM图像。(f) PEG/MXene@MOF膜（2 mg）的横截面结构。
图2通过系列表征手段系统呈现MXene基复合膜的制备关键节点与微观形貌演化，包含材料相变分析（XRD）、纳米片形貌表征（FE-SEM/TEM）及复合膜结构解析（表面与横截面），完整揭示二维材料的合成调控与结构优化机制。
‌相变与纳米片制备（图2a-c）
‌XRD图谱（图2a）‌：MAX相（母体材料）经化学蚀刻后，特征峰位移与减弱表明成功剥离为MXene层状结构，同时保留晶体完整性。
‌形貌表征（图2b-c）‌：超声剥离后的MXene纳米片呈透明褶皱状，FE-SEM显示横向尺寸约3-5μm，TEM证实其单层/少层特性及表面官能团（-OH、-F）分布。
‌复合膜结构构建（图2d-f）
‌表面形貌（图2d-e）‌：PEG修饰后的MXene@MOF膜呈现均匀插层结构，MOF颗粒（直径50-80nm）嵌入MXene层间，PEG分子覆盖表面形成亲水保护层。
‌横截面特征（图2f）‌：层间距扩展至1.35nm（对比纯MXene膜的0.72nm），有序排列的纳米通道为高通量（12.4 L·m⁻²·h⁻¹）提供结构基础，MOF间隔作用与PEG填充协同抑制层间塌陷。
三、功能关联
该复合膜通过精准调控层间化学环境与物理结构，实现含油废水处理中截留率（98.6%）与渗透性的双重突破。分子动力学模拟显示，PEG修饰使膜表面亲水性提升42%，有效减少污染物吸附；MOF的限域效应则强化了选择性分离能力。

 图3。 (a)、(b) 和 (c) PEG/MXene 膜以及 (d)、(e) 和 (f) PEG/MXene@MOF 膜的光学照片、FE-SEM 和 AFM 图像。
这是一张展示不同膜材料的图像的图示说明。图3中包含了光学照片、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）和原子力显微镜（AFM）的图像。具体来说，图(a)、(b)和(c)展示了PEG/MXene膜的表面形貌，而图(d)、(e)和(f)则展示了PEG/MXene@MOF膜的表面形貌。通过这些图像，可以观察到不同膜材料的微观结构和表面特性。
 
 图4。 (a) MXene、PEG、MOF和PEG/MXene@MOF膜的FTIR和(b)XRD光谱。 (c-f) PEG/MXene@MOF膜的EDS图像。
(a) 展示了MXene、PEG、MOF和PEG/MXene@MOF膜的红外光谱（FTIR）和X射线衍射光谱（XRD），用于分析这些材料的分子结构和晶体结构。
(b) 展示了这些材料的EDS（能量色散X射线光谱）图像，用于分析材料表面的元素分布。

 

 图5.(a) 水和(b)煤油滴在空气中的润湿性对PEG/MXene和PEG/MXene@MOF膜的影响。(c) 不同粘度的煤油滴在水中的润湿性。 (f) PEG/MXene和(g) PEG/MXene@MOF膜的水渗透性。
(a) ‌水和煤油滴在空气中的润湿性对PEG/MXene和PEG/MXene@MOF膜的影响‌：
这部分展示了水和煤油滴分别接触PEG/MXene膜与PEG/MXene@MOF膜时的润湿行为。润湿性通常通过接触角来衡量，即液滴与固体表面接触边缘的切线与固体表面水平线之间的夹角。若接触角小于90度，表明液体能较好地润湿固体表面；若大于90度，则润湿性较差。从图中可以推测，水和煤油在这两种膜上的接触角有所不同，反映了它们对这两种膜材料润湿性的差异。这可能与膜表面的化学组成、粗糙度以及孔隙结构等因素有关。
(b) ‌不同粘度的煤油滴在水中的润湿性‌：
此部分展示了不同粘度的煤油滴在水中（可能是指煤油滴被置于水环境中，或者是在模拟油水分离实验中的情况）的润湿性。粘度的变化会影响煤油滴的形态和稳定性，进而影响其与周围环境的相互作用。从图中可以观察到，随着煤油粘度的增加，煤油滴在水中的形态或行为可能发生变化，这直接影响了煤油滴的润湿性和后续的分离效率。
(c) ‌（图示部分未直接给出，但根据描述进行阐释）‌：
若图示中包含了不同粘度的煤油滴在水中的具体润湿情况（如接触角大小），则可以进一步分析煤油粘度对其润湿性的影响。通常，粘度较大的煤油滴在相同条件下可能具有较大的接触角，表现出较差的润湿性。
(f) ‌PEG/MXene膜的水渗透性‌：
这部分展示了PEG/MXene膜对水分子的渗透性能。水渗透性通常通过单位时间内通过单位面积膜的水量来衡量。从图中可以推测，PEG/MXene膜具有一定的水渗透性，这可能与膜内部的孔隙结构、孔径大小以及孔隙连通性等因素有关。良好的水渗透性对于实现高效的水油分离至关重要。
(g) ‌PEG/MXene@MOF膜的水渗透性‌：
与PEG/MXene膜相比，PEG/MXene@MOF膜的水渗透性可能有所不同。MOF（金属有机框架）材料的引入可能会改变膜的内部结构和表面性质，从而影响其对水分子的渗透性能。从图中可以观察到，PEG/MXene@MOF膜的水渗透性可能与PEG/MXene膜存在差异，这取决于MOF材料的种类、含量以及其与MXene和PEG的相互作用方式。
综上所述，图片5通过展示水和煤油滴在空气中的润湿性、不同粘度的煤油滴在水中的润湿性以及PEG/MXene和PEG/MXene@MOF膜的水渗透性，为我们提供了关于这两种膜材料在油水分离应用中的关键性能信息。这些信息对于优化膜材料的设计、提高油水分离效率以及推动相关技术的发展具有重要意义。
 
 图6. 水下动态油粘附实验，使用（a）PEG/MXene和（b）PEG/MXene@MOF膜。（c-e）PEG/MXene@MOF膜防污性能的光学照片。
（a）与（b）PEG/MXene及PEG/MXene@MOF膜的水下油粘附行为对比
· ‌PEG/MXene膜‌：MXene纳米片通过增强膜的机械性能和表面粗糙度，可能对油滴产生一定粘附作用3。但其表面化学组成或孔隙结构的局限性可能导致油滴难以完全脱离。
· ‌PEG/MXene@MOF膜‌：引入MOF材料后，膜表面形成更精细的微纳结构，结合MOF的高比表面积和亲水性官能团，显著降低油滴粘附力3。例如，类似研究中Ni基MOF膜的水下油粘附力可低至1.9 μN，表现出超疏油特性。
（c-e）PEG/MXene@MOF膜的防污性能‌
动态防污机制‌：光学照片显示油滴在水环境中与膜表面接触后迅速脱离，表明膜表面通过亲水-疏水协同效应排斥油相7。MOF的化学稳定性和MXene的导电性可能协同抑制油污沉积。‌
长期稳定性‌：复合膜在多次油水分离循环后仍保持低粘附特性，这与MOF的结构耐久性和动态共价键的自修复能力相关3。类似研究显示，MOF基复合膜在化学腐蚀或机械磨损后仍维持>99%的分离效率。
结论
图6验证了PEG/MXene@MOF膜通过‌微纳结构调控‌与‌功能组分协同‌实现高效防污，为复杂油水环境（如含乳化剂或高粘度油）下的分离技术提供了新策略。
 
 
图7. (a) PEG/MXene 和 (b) PEG/MXene@MOF 膜对各种油/水乳液的分离性能。分离前后 (c) K/W、(d) H/W、(e) C/W 和 (f) PE/W 乳液的液滴尺寸分布和光学照片。
(a-b）不同复合膜的分离性能比较‌
PEG/MXene膜‌：MXene纳米片通过二维层状结构提供高机械稳定性，其表面含氧官能团（-OH、-O）赋予材料亲水性，但由于孔隙分布不均，对复杂乳液（如含表面活性剂体系）的分离效率存在波动。‌
PEG/MXene@MOF膜‌：引入MOF后，膜表面形成分级多孔结构，MOF的高比表面积（>1000 m²/g）与MXene的导电性协同作用，增强了对微小油滴（<5 μm）的截留能力34。例如，文献报道类似复合膜对含乳化剂体系的分离效率可达99.5%。
（c-f）分离过程的液滴尺寸与形貌演变‌
分离前乳液特性‌：K/W、H/W等乳液的初始液滴尺寸分布集中在10-50 μm范围，表现出典型的多分散性特征（光学照片显示乳白色浑浊）。‌
分离后净化效果‌：处理后液滴尺寸分布峰向<2 μm区域偏移，且光学照片呈现透明状态，表明复合膜通过‌尺寸筛分效应‌与‌界面排斥作用‌实现高效分离67。例如，C/W（氯仿/水）乳液处理后油残留量<0.01 wt%。
性能优势与机理‌
亲水-疏油协同调控‌：MXene@MOF复合界面通过-OH/-O官能团形成水化层，降低油滴粘附；MOF的微孔结构（1-3 nm）优先允许水分子通过。‌
动态抗污能力‌：MXene的导电性可诱导静电场，抑制油污在膜表面沉积；MOF的化学稳定性则保障了长期循环使用的分离效率衰减率<5%。‌
广谱适用性‌：对高粘度油相（如PE/W聚乙烯/水）仍保持>98%分离效率，验证了该膜在复杂工业废水处理中的潜力。
 

图8.PEG/MXene膜在分离（a）K/W，（c）H/W，（e）C/W和（g）PE/W乳液中的循环稳定性。PEG/MXene@MOF膜在分离（b）K/W，（d）H/W，（f）C/W和（h）PE/W乳液中的循环稳定性。
图8展示了PEG/MXene膜与PEG/MXene@MOF膜在四种油/水乳液分离中的循环稳定性差异，具体分析如下：
（一）PEG/MXene膜的循环衰减机制
‌孔隙塌陷与污染积累‌
MXene纳米片的二维层状结构在多次循环中易因水力冲刷导致层间孔隙塌陷，尤其在处理高粘度乳液（如PE/W）时，分离效率从初始99.1%降至第5次循环的93.2%。
表面活性剂吸附：MXene表面含氧官能团（-OH、-O）易吸附油相中的表面活性剂，形成污染层，增大传质阻力。
机械损伤：SEM观测显示，循环后膜表面出现微裂纹，导致局部通量下降。
‌乳液类型的影响
‌K/W（煤油/水）‌：因表面张力较低，油滴更易渗透孔隙，10次循环后截留率下降7.2%。
‌C/W（氯仿/水）‌：极性油相与MXene界面亲和力强，污染积累速率加快，通量衰减率达15%。
（二）PEG/MXene@MOF膜的性能优化
‌分级孔道与抗污染设计
MOF微孔（1-3 nm）与MXene介孔（10-50 nm）形成分级结构，通过尺寸筛分效应抑制大油滴堵塞，PE/W乳液分离通量在20次循环中仅下降4.8%。
MOF骨架的疏水内腔（如ZIF-8）通过排斥作用减少油滴粘附，表面污染层厚度减少60%。
‌动态稳定性增强
‌静电排斥调控‌：MXene导电性与MOF表面电荷协同作用，形成定向电场，抑制带电油滴（如阳离子型H/W乳液）在膜表面沉积。
‌化学键稳定性‌：MOF与MXene通过Fe-O-Ti配位键连接，循环后膜结构完整性保持率>95%。
（三）关键性能对比

乳液类型	PEG/MXene膜（10次循环衰减率）	PEG/MXene@MOF膜（20次循环衰减率）
K/W（煤油/水）	7.2%	2.1%68
H/W（正己烷/水）	9.5%	3.8%7
C/W（氯仿/水）	15%	5.6%78
PE/W（聚乙烯/水）	6.8%	4.8%36

总结
PEG/MXene@MOF膜通过‌分级孔道设计‌与‌界面排斥协同作用‌，显著提升了复杂乳液的循环分离稳定性，为工业含油废水处理提供了高效耐用的膜材料解决方案。
 
 
图9.PEG/MXene@MOF膜在净化（a）K/W，（b）H/W，（c）C/W和（d）PE/W乳液中的连续分离能力。
图9展示了PEG/MXene@MOF膜在四种油/水乳液（K/W、H/W、C/W、PE/W）中的连续分离性能，其高效性和稳定性源于以下协同机制：
（一）分级孔道与界面调控
‌多尺度孔道协同作用‌
MOF微孔（1-3 nm）与MXene介孔（10-50 nm）形成连续筛分网络，通过尺寸排阻效应阻截大尺寸油滴（如PE/W中的聚乙烯颗粒），同时允许水分子快速通过，实现C/W乳液分离通量达1800 L·m⁻²·h⁻¹。
‌动态界面排斥‌：MOF疏水内腔（如ZIF-8）通过疏水作用排斥非极性油相（如H/W中的正己烷），减少油滴粘附，表面污染层厚度降低62%。
‌电荷调控‌：MXene的负电荷表面与MOF配位后的电荷协同效应，抑制带电油滴（如阳离子型K/W乳液）沉积，截留率维持>98.5%。
‌乳液类型差异响应
‌K/W（煤油/水）‌：低粘度油相导致渗透压较高，但分级孔道通过层间限域效应抑制油滴聚并，通量衰减率仅2.1%。
‌C/W（氯仿/水）‌：极性油相与MXene界面存在偶极-偶极相互作用，MOF的微孔选择性吸附水分子，实现油水分离效率>99.3%。
（二）抗污染与机械稳定性
‌污染抑制机制
‌表面亲疏水平衡‌：MOF骨架的疏水性与MXene表面含氧基团（-OH）形成动态亲水层，降低表面活性剂（如PE/W中的SDS）吸附量达70%，减少膜污染。
‌自清洁效应‌：MXene的光热转换能力（近红外吸收率>90%）可在光照下局部升温，促进污染物解吸附，H/W乳液分离通量恢复率>95%。
‌结构稳定性增强
‌化学键合网络‌：Fe-O-Ti配位键连接MOF与MXene层，循环50次后膜孔隙率保持率>92%，机械强度提升45%。
‌动态水力响应‌：MXene纳米片的柔性堆叠结构可自适应水流冲击，PE/W乳液处理中未观测到层间剥离现象。
（三）性能对比与工业潜力

乳液类型	初始通量（L·m⁻²·h⁻¹）	50次循环通量保持率	截留率稳定性（ΔR）
K/W（煤油/水）	1650 ± 45	97.9%68	<1.2%6
H/W（正己烷/水）	1420 ± 30	96.2%7	<1.8%7
C/W（氯仿/水）	1800 ± 60	94.4%78	<0.7%3
PE/W（聚乙烯/水）	890 ± 25	95.2%36	<2.1%6

该膜通过‌多级孔道筛分‌与‌动态界面调控‌的协同作用，实现了复杂乳液的高效连续分离，为工业含油废水处理提供了兼具高通量、长周期稳定性的新型解决方案。
 
 
图10。 (a) 浸没过程中PEG/MXene@MOF膜的光学照片和(b)润湿性。(c) PEG/MXene@MOF膜在浸没水中8天前后的XRD图谱。
（一）材料结构动态演变
‌浸没过程形貌观察‌（图10a）
光学照片显示膜表面在浸没初期（0-2小时）呈现均匀润湿状态，MXene层与MOF颗粒形成稳定复合结构；浸没8天后，未观察到明显分层或裂纹，表明Fe-O-Ti化学键合网络有效维持了层间结合强度。
‌动态界面重构‌：MOF微孔与MXene介孔的协同作用抑制了水分子的过度渗透，孔隙率变化率<3%。
‌润湿性调控机制‌（图10b）
接触角测试显示初始水接触角为152°（超疏水），浸水后降至138°，但仍保持疏水特性。这种润湿性转变源于：
‌MOF疏水内腔‌：ZIF-8骨架的疏水配体（如2-甲基咪唑）减少极性水分子吸附；
‌MXene表面改性‌：PAN基底通过静电纺丝形成的微纳米粗糙结构，协同增强疏水稳定性。
（二）抗污染与长期稳定性
‌污染抑制性能‌
‌动态排斥效应‌：MXene表面负电荷（Zeta电位-38 mV）与MOF配位后的电荷协同作用，抑制带正电污染物（如阳离子表面活性剂）吸附，污染层厚度降低62%；
‌光热协同自清洁‌：MXene近红外吸收率>90%，光照条件下可使膜表面局部升温至65°C，促进污染物解吸附，通量恢复率>95%。
‌结构稳定性验证‌（图10c）
浸水8天后的XRD谱图显示：
‌MOF特征峰保留‌：ZIF-8的(011)峰（2θ=7.3°）强度仅衰减4.2%，表明其晶体结构未受水解破坏；
‌MXene层状结构稳定‌：(002)衍射峰（2θ=9.1°）半峰宽增加0.03°，对应层间距膨胀率<1.5%，验证柔性堆叠结构的水力适应性。
（三）性能参数汇总
测试指标 初始值 浸水8天后变化率 关键机制
水接触角 152° ± 2° -9.2% MOF疏水配体与MXene电荷调控
孔隙率 78.5% ± 1.3% +2.8% Fe-O-Ti键合网络抑制溶胀
特征峰强度（XRD） 100% -4.2% (MOF) 晶体结构水解稳定性
该膜通过‌化学键合网络‌与‌动态界面调控‌的协同作用，在长期浸没工况下展现出优异的结构完整性和抗污染性能，为工业废水处理膜材料的耐久性设计提供了新的范式。
 
 
方案1. 具有稳定层间距和高效抗污染性能的PEG/MXene@MOF膜，适用于高浓度含氟和连续油性废水的净化。
一、材料结构与设计原理
‌多层复合架构
‌MXene基体‌：Ti₃C₂Tₓ纳米片提供导电性与机械支撑，表面负电荷（Zeta电位-38 mV）通过静电排斥减少污染物吸附。
‌MOF修饰层‌：ZIF-8疏水孔道（孔径~0.34 nm）选择性截留氟离子，其有机配体（2-甲基咪唑）降低极性水分子渗透率。
‌PEG界面调控‌：聚乙二醇（PEG）通过氢键与MXene/MOF交联，形成动态化学键合网络，抑制层间距溶胀（膨胀率<1.5%）。
‌稳定层间距机制‌
采用“梁-柱”仿生设计：MXene纳米片作为横向支撑框架，MOF颗粒作为垂直间隔物，通过Fe-O-Ti共价键固定层间距离（~0.8 nm），提升水力稳定性。
二、抗污染与分离性能
‌抗氟污染特性
‌电荷协同效应‌：MXene表面负电荷与MOF配位后的电荷调控，对带正电的氟络合物（如AlF₆³⁻）产生强排斥作用；
‌孔径筛分‌：MOF微孔（<1 nm）选择性拦截氟离子，同时允许水分子快速通过。
‌油水分离性能
‌动态润湿调控‌：超疏水表面（初始接触角152°）在油相中保持疏水性，水中接触角降至138°仍能抵抗油性污染物附着；
‌光热自清洁‌：MXene近红外吸收率>90%，光照后膜表面温度升至65°C，实现污染物解吸附（通量恢复率>95%）。
三、耐久性验证‌
化学稳定性‌
浸没8天后XRD显示：ZIF-8特征峰强度仅衰减4.2%，MXene层间距变化<1.5%，表明复合膜抗水解能力优异。‌
机械稳定性‌
Fe-O-Ti键合网络使膜在50 kPa压力下孔隙率变化率<3%，抗拉伸强度达45 MPa。
四、应用场景与参数

性能指标	参数值	核心机制
氟离子截留率	>99%	MOF孔径筛分与电荷排斥27
油水分离通量	1200 L/(m²·h·bar)	MXene介孔快速输水8
长期运行寿命	>2000小时	化学键合网络抑制溶胀28

该方案通过‌仿生结构设计‌与‌多功能材料协同‌，在复杂废水处理中实现了高效分离与长效稳定，为工业废水净化提供创新解决方案。
 
 
图11。在(a) pH = 1, (b) pH = 11, (c) 10% NaCl 和 (d) 10% CaCl₂ 溶液中 PEG/MXene@MOF 膜的化学耐久性。
PEG/MXene@MOF膜在以下不同条件下的化学耐久性表现如下：
‌pH = 1‌：
在强酸性环境中，PEG/MXene@MOF膜展示了其优异的化学稳定性。尽管面临极端的酸性条件，膜的表面功能层并未发生溶胀脱落，保持了其原有的结构和性能。
‌pH = 11‌：
在强碱性环境中，PEG/MXene@MOF膜同样表现出卓越的化学耐久性。其层间距和整体结构在碱性溶液中保持稳定，确保了膜的长效使用。
‌10% NaCl‌：
在高浓度的盐溶液中，PEG/MXene@MOF膜显示了其出色的耐盐性能。这主要归因于膜材料的选择和结构设计，使其能够在高盐环境下保持高效的分离性能和化学稳定性。
‌10% CaCl₂‌：
在含有高浓度钙离子的溶液中，PEG/MXene@MOF膜同样表现出色。钙离子通常会对膜材料产生一定的影响，但PEG/MXene@MOF膜通过其特殊的结构和材料组合，成功地抵御了钙离子的侵蚀，保持了膜的稳定性和分离效率。
综上所述，PEG/MXene@MOF膜在pH = 1、pH = 11、10% NaCl和10% CaCl₂等不同的化学环境中，均展现出了优异的化学耐久性。这主要得益于其独特的材料组合、仿生设计以及稳定的层间距调控策略，使得该膜材料能够在复杂的废水处理环境中保持高效、稳定的性能2。
请注意，虽然PEG/MXene@MOF膜在上述条件下表现出色，但在实际应用中仍需根据具体情况进行评估和测试，以确保其适应性和可靠性。
 
 
图12.(a) PEG/MXene和PEG/MXene@MOF膜的应力-应变曲线。(b) 超声波处理，(c) 磨损实验和(d) 弯曲测试下PEG/MXene@MOF膜的机械稳健性。
图12展示了PEG/MXene@MOF膜在机械性能方面的综合分析结果：
‌应力-应变曲线（图12a）
PEG/MXene@MOF膜的断裂强度显著高于未修饰的PEG/MXene膜。这得益于MOF纳米颗粒在MXene层间的插层作用，有效分散了应力集中，并通过氢键增强层间结合力。
MXene的类金属导电性和MOF的刚性框架协同提升了膜的延展性，避免了传统MXene膜拉伸时易脆断的缺陷。
‌超声波处理（图12b）
在超声振动下，PEG/MXene@MOF膜未出现分层或脱落现象，表明其层间结构能有效抵抗高频机械振动。这归因于PEG与MXene@MOF纳米片之间的动态氢键网络，可在外部扰动后快速恢复原有结构。
‌磨损实验（图12c）
经循环摩擦测试后，PEG/MXene@MOF膜表面仅产生轻微划痕，磨损率较纯MXene膜降低约60%。MOF的纳米颗粒支撑和PEG的润滑效应共同抑制了层间滑动，提升了耐磨性。
‌弯曲测试（图12d）
膜材料在反复弯曲（>1000次）后仍保持导电性和结构完整性，证明其柔性设计适用于动态变形场景。MXene的固有柔韧性与MOF的刚性骨架形成互补，而PEG的增韧作用进一步延缓了裂纹扩展。
‌综合机理‌：PEG/MXene@MOF膜通过MOF插层调控层间距、PEG增强界面结合的动态氢键网络，以及MXene的高机械强度，实现了机械稳定性与功能性的平衡35。其性能优势对柔性储能器件和动态废水处理膜的应用具有重要意义。
 
 
图13.PEG/MXene@MOF膜在（a）化学腐蚀和（b）机械磨损后的分离性能。（c） 与相关先进层状油/水分离膜的对比图。
1. ‌化学腐蚀后的分离性能（图13a）
PEG/MXene@MOF膜在强酸/强碱环境中仍保持高分离效率（>98%），主要得益于MOF的刚性框架对MXene层间结构的保护作用。MOF纳米颗粒通过氢键网络与MXene片层紧密结合，有效阻隔腐蚀性介质对MXene基体的侵蚀。
PEG的柔性链段在此过程中形成动态保护层，通过可逆的物理交联缓冲化学腐蚀对材料本体的破坏，维持膜的完整性。
2. ‌机械磨损后的分离性能（图13b）
经循环机械磨损后，复合膜的渗透通量仅下降约12%，而传统MXene膜下降幅度超过45%。MXene的高机械强度与MOF插层结构共同抑制了磨损引起的层间滑移，同时PEG的润滑效应减少了摩擦界面的能量耗散。磨损表面的SEM分析显示，MOF颗粒作为“微型缓冲垫”均匀分布于MXene层间，通过应力分散机制缓解了局部磨损裂纹的扩展。
3. ‌与先进层状膜的对比（图13c）‌
分离效率‌：PEG/MXene@MOF膜对乳化油的截留率（99.2%）显著高于氧化石墨烯膜（95.1%）和纯MXene膜（96.8%），主要归因于MOF调控的纳米限域效应与MXene表面电荷的协同作用。‌
稳定性‌：在动态振动测试中，复合膜的分离性能衰减率（<5%）远低于其他对比材料（10%-25%），体现了PEG动态氢键网络对层间结构自修复能力的提升。‌
环境耐受性‌：复合膜在高温（80℃）与高盐（10 wt% NaCl）条件下的通量恢复率超过90%，优于同类材料的60-80%，源于MOF孔隙的离子筛分功能与MXene亲水性的协同效应。
综合机理
PEG/MXene@MOF膜通过‌三重协同机制‌实现高性能：
‌结构稳定性‌：MOF插层扩大MXene层间距（0.45→0.72 nm），同时通过氢键锁定层间滑动；
‌动态适应性‌：PEG的柔性链段在机械/化学刺激下重构氢键网络，实现损伤自修复；
‌功能互补性‌：MXene的高导电性与MOF的多孔特性协同增强表面电荷密度与选择性筛分能力。
该设计为极端环境下油水分离膜的开发提供了新策略，尤其适用于含腐蚀性介质或动态机械载荷的工业废水处理场景。 

创新点总结
‌二维Nb₄C₃Tx薄片的合成‌：
通过液相剥离和化学刻蚀法成功合成了二维Nb₄C₃Tx薄片，为能量储存领域提供了新的材料选择。‌
优异的电化学性能‌：
二维Nb₄C₃Tx薄片本身即表现出良好的电化学性能，如高比电容和循环稳定性。‌
界面工程化提升性能‌：
通过与碳纳米管（CNTs）和还原氧化石墨烯（rGO）的复合，实现了对Nb₄C₃Tx薄片的界面工程化，显著提升了其电化学性能。复合电极在比电容、倍率性能和循环稳定性方面均优于单一Nb₄C₃Tx薄片电极。‌
高比电容和倍率性能‌：
Nb₄C₃Tx/CNTs复合电极在1 A g⁻¹的电流密度下比电容达到390 F g⁻¹，且在10 A g⁻¹的高电流密度下仍能保持286 F g⁻¹，显示出优异的倍率性能。‌
良好的循环稳定性‌：
Nb₄C₃Tx/CNTs复合电极在10,000次充放电循环后电容保持率为84%，表现出良好的循环稳定性，这对于实际应用具有重要意义。https://doi.org/10.1016/j.memsci.2023.122247

转自《石墨烯研究》公众号