近期，我室在《Chemistry of Materials》上发表题为“MXene-Engineered Multifunctional Epoxy Vitrimers: Uniting Self Healing, Fire Safety, and Component Recyclability in Carbon Fiber Composites”的研究论文（Chem. Mater. 2025, 37, 8614−8626.）。四川大学为论文唯一署名单位，我室博士研究生秦珍为论文第一作者，陈力教授为通讯作者。
【研究背景】
碳纤维增强树脂基复合材料（CFRPCs）因轻质高强、耐疲劳等优点被广泛应用于航空航天、汽车等领域，但其基体树脂（如环氧树脂）具有不可逆的交联网络，导致材料在使用过程中产生的微裂纹难以修复，且退役后的复合材料难以回收，通常只能填埋或焚烧，造成严重的资源浪费和环境污染。此外，CFRPCs在极端环境中还面临火灾安全性的挑战。因此，同时实现材料的自修复、阻燃和闭环回收是一个亟待解决的关键难题。
【主要内容】
我室长期从事高分子材料的循环利用与功能化研究。本工作通过分子-纳米协同设计，成功制备了一种集多重刺激响应自修复、本征阻燃和全组分可回收于一体的环氧类玻璃体（vitrimer）及其碳纤维复合材料。研究团队首先合成了一种含磷阻燃单元（DOPO）和动态酯交换催化基团的二元羧酸固化剂（DPMT），并将聚多巴胺（PDA）功能化的MXene纳米片（MXP）引入环氧网络中。该体系实现了以下三方面的突破：
1. 多通道高效自修复：MXP优异的光热和电热转换能力赋予材料在近红外光（0.18 W/cm²，修复效率78.5%）、低电压（4.5 V，修复效率86.7%）以及传统热压（180 °C，修复效率76.1%）三种刺激下的精准、快速自修复，修复后的层间剪切强度（ILSS）保持率超过92%。
2. 协同阻燃与抑烟：DPMT中的DOPO在气相中发挥自由基淬灭作用，MXP在凝聚相中通过催化成炭和物理屏障作用抑制热释放和烟毒气体释放。复合材料极限氧指数（LOI）达29.2%，通过UL-94 V-0级；峰值热释放速率（pHRR）和总产烟量（TSP）分别降低39.3%和38.9%。
3. 全组分闭环回收：利用动态酯交换键在乙二醇中的温和解聚，实现了碳纤维和MXene纳米片的完整回收。回收后的碳纤维表面洁净、结构完整，回收的MXP保持原有形貌和光热性能，再制备的复合材料力学和阻燃性能与新制材料相当，且可多次循环使用。
图1. 多巴胺功能化MXene（MXP）的制备及环氧类玻璃体复合材料的构筑示意图
图2. 复合材料的多途径自修复性能
图3. 复合材料的阻燃性能
图4. 碳纤维及MXene的全组分回收
该研究工作通过整合动态共价键化学与二维纳米材料功能化，攻克了传统热固性复合材料“自修复-阻燃-回收”难以兼得的技术瓶颈，为设计兼具高性能、高安全性和全生命周期可持续性的先进复合材料提供了新思路。该工作得到国家自然科学基金（22475142）、四川大学科研基金（2021SCUNL201）及中央高校基本科研业务费等项目的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.5c01512
