[发明专利]一种碳纳米颗粒/二维层状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技术领域,具体涉及一种碳纳米颗粒/二维层状碳化钛复合材料的制备方法。

背景技术

MXene作为一类新型二维纳米材料于2011年首次报道，主要通过氧氟酸选择性的腐蚀除去原料MAX相中的A成分制备得到。MXene是一种新型过渡金属碳化物二维材料，具有类石墨烯结构，由于其独特的二维层状结构、较大的比表面积、良好的电容性和亲水性，使其在功能陶瓷、吸波材料、超级电容器，离子电池等领域有了初步应用。碳纳米材料具有低密度、高强度、高比表面积、优异的热和化学稳定性以及良好的电化学性质，成为相关人员的研究热点。由于特殊形状和大小，碳纳米颗粒被引入到其他物质中作为改性增强物质，已广泛应用于吸波，吸附，催化，电化学等领域。

MXene材料本身得到了较为广泛的研究，但MXene材料特性单一、表面缺陷较多、层间距小等缺点限制了该材料的进一步应用。将碳纳米材料引入到MXene材料层间和表面能够极大地增加其比表面积，进一步提高MXene片层的利用率；所得复合材料兼具碳纳米材料特性，可增强MXene材料导电性质和介电性质，拓展MXene材料的应用空间。

虽然现阶段关于MXene的相关工作发展迅猛，但是关于其组装的工作并不多，将碳纳米材料引入到Mxene材料中尚未有专利报道。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种碳纳米颗粒/二维层状碳化钛复合材料的制备方法，针对MXene(Ti₃C₂/Ti₂C)材料特性单一、表面缺陷较多、层间距小等缺点。

技术方案

一种碳纳米颗粒/二维层状碳化钛复合材料的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将MAX陶瓷粉料浸没在质量分数为10～40wt％的HF溶液中，MAX浓度为0.05～0.1g/ml；然后在温度20～65℃之下磁力搅拌反应10～120h；

采用去离子水离心洗涤至溶液pH值为7，真空抽滤得到固态物质，40～80℃真空干燥8～40h，得到二元层状纳米材料MXene；

步骤2：将MXene置于单糖溶液中，超声分散0.5～24h，在真空条件下浸渍2～10h得到混合溶液；

所述单糖溶液为浓度为0.1～1mol/L的单糖溶液；所述MXene与单糖质量比为0.1～2；

步骤3：将混合溶液导入水热反应釜内胆中，升温至150～220℃，保温2～20h，反应结束后自然冷却到室温得到沉淀产物；所述反应釜内胆填充度为60～80％；

步骤4：将所得沉淀产物用去离子水离心洗涤至溶液pH值为7，真空抽滤得到固态样品，在40～100℃真空干燥8～40h，即得到碳纳米颗粒分布在MXene材料的层间与表面的碳纳米颗粒/二维层状碳化钛复合材料。

所述单糖溶液采用超声分散得到均匀单糖溶液。

所述单糖可为果糖或葡萄糖。

所用MAX陶瓷粉料粒径为0.1～30μm，纯度≥98％。

当MAX陶瓷粉料为Ti₃AlC₂或Ti₂AlC时，得到的二元层状纳米材料Mxene为Ti₃C₂或Ti₂C。

有益效果