二维过渡态金属碳氮化合物MXene具有可调的表面官能团和良好的抑烟性能，以此为基础设计的高效阻燃体系具有广阔的应用前景。众多研究表明，MXene通过接枝其他阻燃剂，如有机磷、氮阻燃剂等，可以实现对聚合物基材优异的协同阻燃效果。但是，当前对MXene基协同阻燃体系的阻燃机理的研究，往往依据对聚合物燃烧后的残炭分析结果，将其解释为MXene二维片层结构的阻隔效应和MXene的催化成碳效应，缺乏更进一步的分析表征结果和更直接的证据。因此，在聚合物燃烧过程中，有必要结合各种分析表征手段，分阶段地讨论MXene与改性剂之间的相互作用，从而有助于更深入的研究其协同阻燃机理。

近日，昆明理工大学化学工程学院磷化工团队在MXene基协同阻燃体系的设计和机理研究中取得新进展。通过磷腈（PZN）在MXene（Ti₃C₂T_X）表面的原位聚合反应，成功制备了磷氮改性的MXene基高效协同阻燃体系（MXene-PZN）；并以MXene-PZN为阻燃功能填料，实现了对环氧树脂（EP）基材热稳定性、机械性能、阻燃性能的全面提升。结合热重、热重-红外联用、SEM、XPS等分析测试方法，重点研究了EP/MXene-PZN复合材料在燃烧的不同阶段所进行的反应和相关的产物结构分析，明确了MXene-PZN在聚合物基材燃烧过程中发挥的协效阻燃机制，包括PZN对Ti₃C₂T_X片层结构的保护机制、Ti₃C₂T_X与PZN的协同催化成炭机制等。该研究进一步明确了磷系改性MXene体系的协同阻燃机制，从而能够为MXene基高效阻燃体系的设计，尤其是磷氮改性MXene基阻燃体系的设计提供更好的理论指导。

上述研究工作得到了国家自然科学基金、云南省基础研究计划基金以及云南省高层次人才支持计划等的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.141049