[发明专利]一种碳化钛/聚苯胺复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种碳化钛/聚苯胺复合材料及其制备方法，首先将二维层状纳米材料MXene‑Ti₃C₂加入到盐酸溶液中，分散均匀得到Ti₃C₂混合液；再向Ti₃C₂混合液中加入苯胺，分散均匀得到混合溶液；其中，苯胺和二维层状纳米材料MXene‑Ti₃C₂的比为(0.1～0.3)mL：(100～600)mg；在0～5℃，向混合溶液A中逐滴加入催化剂，搅拌聚合直至混合溶液由透明溶液逐渐变成均一的黑色溶液，洗涤并干燥，得到碳化钛/聚苯胺复合材料。本发明在0～5℃低温搅拌处理，制备PANI/Ti₃C₂复合材料，改善了Ti₃C₂在高温下容易被氧化的问题，并且能够得到负载均匀的复合材料。

【技术领域】

本发明涉及复合材料制备领域，具体涉及一种碳化钛/聚苯胺复合材料及其制备方法。

【背景技术】

三元层状陶瓷材料Ti₃AlC₂属于层状六方晶体结构。在Ti₃AlC₂晶体结构中，Ti和C原子形成Ti₆C八面体，被Al层所隔开，C原子位于八面体的中心，C与Ti原子结合为强共价键，而Ti-Ti，以及Ti与Al之间为弱结合，类似于石墨间的范德华力弱键结合。

Ti₃AlC₂兼具金属与陶瓷的性能，在常温下，其具有导热性能和导电性能，以及较低的维氏显微硬度和较高的弹性模量，像金属一样可以进行机械加工，并且在较高的温度下具有塑性，同时又具备较高的屈服强度，高熔点，高热稳定性和良好的抗氧化性等陶瓷的性能。

MXene是一种新型过渡金属碳化物二维晶体纳米材料，具有和石墨烯类似的结构，具有优异的力学、电子、磁学等性能。研究发现，Ti₃C₂是一种很有前途的新型锂离子电池负极材料，还可用于新型复合材料增强体和高温润滑材料，因此其在储能、电子、润滑等领域具有重要的应用前景。此外，Ti₃C₂纳米材料具有独特的类石墨烯层状结构，以及比表面积大，结构稳定的特性，可作为电极的增敏材料，用于构制性能良好的电化学修饰电极，分析检测生物小分子，为电化学传感领域的发展将开辟新途径。

聚苯胺自从1984年，被美国宾夕法尼亚大学的化学家MacDiarmid等重新开发以来，以其良好的热稳定性，化学稳定性和电化学可逆性，优良的电磁微波吸收性能，潜在的溶液和熔融加工性能，原料易得，合成方法简便，还有独特的掺杂现象等特性，成为现在研究进展最快的导电高分子材料之一。

中国专利CN1887965A和CN100441634分别在碳纳米管上采用原位沉积或者电沉积聚苯胺或者其它导电高分子的方法制备了复合材料，该材料比单一组成材料具有更好的电化学性能。因此，制备聚苯胺均匀负载在Ti₃C₂上的复合材料非常重要，该导电复合材料在锂离子电池、超级电容器等众多领域具有更大的实际应用价值。传统高温(150℃以上)水热改性Ti₃C₂的方法容易使Ti₃C₂氧化，破坏Ti₃C₂的二位层状结构。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种碳化钛/聚苯胺复合材料及其制备方法，能够在低温下合成Ti₃C₂/聚苯胺复合材料，减少Ti₃C₂的氧化。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

包括以下步骤：