[发明专利]颗粒状二氧化锡/二维纳米碳化钛复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米功能材料制备及其应用技术领域，具体涉及颗粒状二氧化锡/二维纳米碳化钛复合材料的制备方法。

背景技术

二维层状纳米碳化物MXene-Ti₃C₂是一种类石墨烯结构的材料，超薄二维纳米片由于其独特的形貌结构、较小的颗粒尺寸、较大的表面体积比和原子级的层片厚度而具有超强的催化性能、光伏性能和电化学性能，在功能陶瓷、光催化、锂离子电池、太阳能电池、气体传感器等方面得到了广泛的应用，但是二维层状纳米碳化物MXene-Ti₃C₂不易直接合成，而由Ti₃AlC₂陶瓷粉体作为前驱物来制备则成为一种简单易行的方法。

三元层状Ti₃AlC₂材料拥有特殊的晶体结构，Ti与C之间为典型的强共价键，Al原子层内部及Al原子与Ti之间为弱金属键，而且，其中的Al易于被腐蚀处理除去而得到二维层状类石墨烯结构的Ti₃C_2，在此上负载金属氧化物，则可以实现材料多种功能与结构的复合。

锡的氧化物因为具有高比容量和低嵌锂电势而倍受关注，曾被认为是碳负极材料最有希望的代替物，但它也存在一些缺点，如首次充放电过程中体积膨胀高达50％以上，循环期间锂离子的反复嵌入与脱出过程中易出现“粉化“和”团聚”现象，这些都导致锡的氧化物电化学性能迅速下降,从而限制了它在锂离子电池中的广泛应用。

马维克等人制备石墨烯基二氧化锡纳米复合材料并研究了其电化学性能，实验结果表明石墨烯基二氧化锡作为锂离子电池负极材料的充放电容量明显提高(马维克.SnO₂/石墨烯复合材料电化学性能研究[D].燕山:燕山大学,2011.)；Zhu等人采用水热法制备出SnO₂/graphite纳米复合材料并表明其在锂离子电池、光催化等方面的性能都优于单一的石墨烯材料(YunGuangZhu,YeWang,JianXie,Gao-ShaoCao,Tie-JunZhu,XinbingZhao,HuiYingYang，EffectsofGrapheneOxideFunctionGroupsonSnO₂/GrapheneNanocompositesforLithiumStorageApplication，[J].ElectrochimicaActa.154(2015)338–344.).但上述研究均是将SnO₂负载在石墨烯上，石墨烯不能有效缓解SnO₂的体积效应，且在Li⁺脱嵌过程中容易损坏。本发明选用MXene-Ti₃C₂二维层状材料负载SnO₂，其中Ti与C之间为典型的强共价键，可以有效缓解SnO₂的粉化团聚等现象。改进以上缺点，可使二氧化锡/二维层状纳米碳化钛(MXene)复合材料，有望在光催化、废水处理、锂离子电池、超级电容器、生物传感器等领域有很好的应用。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供颗粒状二氧化锡/二维纳米碳化钛复合材料的制备方法，通过水热反应将SnCl₄·5H₂O在碱性环境下生成SnO₂负载到MXene-Ti₃C₂纳米材料表面，从而提供一种颗粒状二氧化锡/二维纳米碳化钛(MXene)复合材料的制备方法；首先将合成并处理后的Ti₃AlC₂粉体在HF酸中进行化学刻蚀，使Al被选择性刻蚀掉，形成一种二维层状材料MXene-Ti₃C₂，然后在二维层状材料MXene-Ti₃C₂上负载SnO₂，使MXene-Ti₃C₂的比表面更大，兼顾了SnO₂的优点，如光催化性能，亲生物性，形貌多样等。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

颗粒状二氧化锡/二维纳米碳化钛复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：