便携的电子设备提高了人们的生活水平和工作效率，然而，随之产生的电磁辐射影响着人们的身体健康以及电子设备的运行维护。此外，自然环境中大量无法代谢的抗生素等对人类健康也产生了巨大危害。因此，研制一类能解决电磁辐射污染和抗生素污染问题的新材料是当前新材料研发的研究热点，其相关机理研究也激起人们的广泛兴趣。

我院王维教授团队利用MXene一步原位氧化制备了一种轻质多功能C/TiO₂@rGO气凝胶，其独特的三维多孔结构和巧妙的组分调控赋予了气凝胶极低的密度、优异的电磁波损耗能力和良好的阻抗匹配。C/TiO₂@rGO气凝胶在3 wt.%的超低填充比下展示出优异的微波吸收性能，最小反射损耗为-60.24 dB，有效吸收带宽达6.16 GHz。此外，该材料兼具良好的电磁干扰屏蔽性能和光催化降解抗生素能力，其中电磁干扰屏蔽效能达52.63 dB，对四环素和土霉素的光催化降解率分别为96.5 %和91.6 %。

图1 C/TiO₂@rGO气凝胶的制备流程图。b-d) 样品CTA-2的SEM图。 e)单层MXene的TEM图。样品CTA-2的f, g) TEM和h, i) HRTEM图。j)锐钛矿TiO₂的晶格结构图。

图2 样品a, d, g) CTA-1, b, e, h) CTA-2和g, h, i) CTA-3的RL曲线图、三维损耗图和二维带宽图。 j) 样品不同厚度的RL直方分布图。k)不同样品RL_min和EAB比较。l)同类材料的微波吸收性能对比图。

图3 样品CTA-2在不同填充比下的a) SE_T, b) SE_R, c) SE_A, d)吸收率(A), e)反射率(R), f)透射率(T)。g) SE_R, SE_A, SE_T对比图与h) A 和A_eff对比图。i) C/TiO₂@rGO气凝胶的电磁屏蔽机理图。

图4 a) TC和c) OTC的光催化去除曲线和b，d)相应的准一级动力学拟合曲线。e)样品CTA-2和TiO₂的瞬态光电流响应和f) 电化学阻抗谱图。

上述成果以“One-step in-situ preparation of C/TiO2@rGO aerogel derived from Ti3C2Tx MXene for integrating microwave absorption, electromagnetic interference shielding and catalytic degradation of antibiotics”为题发表在期刊Carbon, 217 (2024) 118610. （文章链接https://doi.org/10.1016/j.carbon.2023.118610）。