近日，材料科学与工程学院张艳与杨冬野团队在智能材料研究方面取得重要进展，在国际知名期刊《Advanced Science》（中科院一区，影响因子14.3）发表了题为“High-Performance MXene Hydrogel for Self-Propelled Marangoni Swimmers and Water-Enabled Electricity Generator”的研究论文。材料科学与工程学院硕士研究生周浃燚为第一作者。相关研究得到了上海市III类高峰学科-材料科学与工程（高能束智能加工与绿色制造）等项目资助。
研究内容聚焦高性能MXene水凝胶这一前沿创新材料，该材料凭借其独特的性质，成功实现了自推进的马兰戈尼游泳者驱动以及水驱动发电两大突破，为智能材料在微纳机器人、能量收集及环境监测等多个领域的应用打开了全新的大门。
MXene基水凝胶应用电示意图
高性能MXene水凝胶通过巧妙地利用浓度梯度马兰戈尼效应与动态润湿马兰戈尼效应的协同作用，实现了自驱动功能。这种材料展现出了令人瞩目的运动性能，包括高速移动（最高瞬时速度可达19.6 cm/s）、长时间的持续运动（长达50 min）以及可控的运动轨迹。此外，它还具备出色的可降解性、可重复性及可回收性，这些特性使得MXene水凝胶在实际应用中具有极高的潜力和价值。在能量收集方面，基于高性能MXene水凝胶的水伏发电装置同样表现出色。该装置凭借其丰富的官能团和纳米限域孔道结构，在海水环境中实现了高达0.83 V的电压和0.107 mA的电流输出。而在K₂CO₃溶液中，其电压更是达到了1.26 V，电流则高达0.922 mA，展现出了极高的能量转换效率。这一发现不仅为水伏发电技术的发展提供了新的思路，也为未来可持续能源的开发和利用开辟了新的途径。更为引人注目的是，这种智能水凝胶还可以作为移动模块，实现货物运输等应用。同时，它还能为电子设备提供电力支持，进一步拓宽了其在智能设备领域的应用前景。