[发明专利]一种利用高温自蔓延法合成MAX相材料制备MXenes胶体的方法

说明书

本发明公开了一种利用高温自蔓延法合成MAX相材料制备MXenes胶体的方法，包括以下步骤：取钛粉、铝粉和石墨粉，进行真空电加热干燥，将干燥后的钛、铝和石墨粉进行研磨混合；将混合粉末加入石墨罐中，放入高温自蔓延反应釜中，在氩气氛下反应，将Ti₃AlC₂在刻蚀液中进行刻蚀，将刻蚀出的泥状物洗涤至中性，并离心出泥状物沉淀；将Ti₃C₂泥状物在容器中加入去离子水中，在氩气气氛保护下进行超声分散，将超声后的溶液进行离心，制备得到Ti₃C₂胶体溶液。本发明采用高温自蔓延法制备MAX相材料，过程简单方便、安全环保、耗时低、耗能低，并且产物活性高、容易刻蚀。制备的MAX相材料活性高，容易刻蚀。

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种MXenes胶体的制备方法。

背景技术

自从2010年获得诺贝尔奖以来，石墨烯以其独特的二维结构和优异的电学、力学性能而成为材料及相关领域的研究热点，并在国际上掀起了二维材料的研究热潮，其它二维材料如六方氮化硼、金属氧化物及氢氧化物等也引起了研究人员的极大关注。MXenes是一种二维过渡金属碳或/和氮化物，是由美国德雷塞尔大学(Drexel University)的YuryGogotsi教授和Michel W.Barsoum教授等人在2011年合作发现的一种新型二维结构材料。MXenes的化学通式可用M_n+1X_nTz表示，其中M指过渡族金属(如Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Sc等)，X指C或/和N，n一般为1-3，Tz指表面基团(如O₂^-、OH^-、F^-、NH₃、NH₄⁺等)。该材料的剥离是利用M-A与M-C之间键能的差值，在保持不破坏M-C结构的同时，破坏M-A间的化学键，使A层脱离MAX基体(其中M为过渡金属元素，A为第Ⅲ和第Ⅳ主族元素，X为C或N元素)，从而得到二维层状纳米材料。这些结构特点使MXenes具有类似石墨烯高比表面积、高电导率的特点，又具备组分灵活可调，最小纳米层厚可控等优势，已在电化学储能、光催化、吸附、传感器、导电填充剂等领域具有广阔的应用。

目前MAX相主要通过高温固相合成方法实现，MXenes胶体的制备通常以MAX相材料为原料，采用HF酸进行刻蚀。

然而，目前的MAX相材料的制备过程存在着能耗高、耗时长等缺点。并且高温固相合成制备的MAX相材料往往活性低，难以刻蚀得到MXenes胶体。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用高温自蔓延法合成MAX相材料制备MXenes胶体的方法

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种利用高温自蔓延法合成MAX相材料制备MXenes胶体的方法，包括以下步骤：

(1)原料的配置：取钛、铝和石墨粉末，进行真空电加热干燥，将干燥后的钛、铝和石墨粉进行研磨混合，得到混合粉末；

(2)Ti₃AlC₂的合成：将步骤(1)得到的混合粉末加入石墨罐中，放入高温自蔓延反应釜中，在氩气氛下反应，得到Ti₃AlC₂；

(3)Ti₃C₂泥状物的制备：将步骤(2)制备的Ti₃AlC₂在刻蚀液中进行刻蚀，将刻蚀出的泥状物洗涤至中性，并离心出泥状物沉淀，得到Ti₃C₂泥状物；