【摘 要】
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近几十年来,随着工业化进程的推进,重金属污染日益严重,过量的重金属会在生物体内积累,最终沿着食物链传递到人体,大多数重金属都是有毒的或致癌的,会对人类健康构成重大威胁。这就增加了对便携式且使用简单的重金属离子检测设备的需求。传统金属离子检测技术都需要复杂且昂贵的设备、专业的操作人员和外部电源,这极大地限制了这些技术的应用。二维（2D,2 dimensional）材料被认为是用于传感平台的强大材料,
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近几十年来,随着工业化进程的推进,重金属污染日益严重,过量的重金属会在生物体内积累,最终沿着食物链传递到人体,大多数重金属都是有毒的或致癌的,会对人类健康构成重大威胁。这就增加了对便携式且使用简单的重金属离子检测设备的需求。传统金属离子检测技术都需要复杂且昂贵的设备、专业的操作人员和外部电源,这极大地限制了这些技术的应用。二维（2D,2 dimensional）材料被认为是用于传感平台的强大材料,因为它们具有大的比表面积、密集的表面活性位点、易于界面传输和短的扩散路径等优点。本论文开发了一种MXene（二维纳米片材）/细菌纤维素（M/BCx,x表示BC含量）的超薄、高柔性复合纸,并将其应用于自供电摩擦电纳米传感器（TENS）中,以进行重金属离子检测。TENS采用M/BCx复合纸和聚四氟乙烯作为摩擦层,TENS在检测Cu2+、Cr3+和Zn2+时显示出高灵敏度。这种结构简单、成本低廉且耐用的TENS装置为重金属离子检测方法提供了新的见解,并可进一步开发用于检测血清中相应离子。本论文的具体工作内容如下:（1）MXene/细菌纤维素（BC）超薄、高柔性复合纸的可控合成采用氟化锂（LiF）和盐酸刻蚀MAX相（Ti3AlC2）形成Ti3C2Tx,通过添加细菌纤维素提高其性能（使其能够自由弯曲,能叠成纸飞机,仅重10 mg,厚度为3-6μm）。并通过几种材料表征手段对复合纸进行了表征分析,系统的研究了不同细菌纤维素含量对M/BCx复合纸在微观形貌、力学性能、导电性方面的差异及造成差异的原因,总结了不同细菌纤维素含量复合纸的优缺点,为后续M/BCx复合纸在自驱动传感上的应用奠定了基础;（2）基于M/BCx复合纸的摩擦纳米发电机（TENG）的组装采用M/BCx复合纸和聚四氟乙烯作为摩擦层组装了摩擦纳米发电机,研究了复合纸中不同细菌纤维素比例、不同工作频率、不同负载等条件下TENG的输出变化;（3）基于M/BC0.5复合纸的摩擦纳米传感器（TENS）用于重金属离子检测选择M/BC0.5复合纸作为制备TENS。MXene表面自由基与金属离子之间的强相互作用,TENS在检测Cu2+、Cr3+和Zn2+时显示出高灵敏度,在不需要配体分子的情况下,检测限低至1μM。获得了10-300μM的线性范围。经过10000多次连续运行后,TENS的稳定性能良好。
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