[发明专利]副族金属复合MXenes的复合材料、其制法及应用

说明书

本发明公开了一种副族金属复合MXenes的复合材料及其制法。所述副族金属复合MXenes的复合材料包括MXenes材料和副族金属，所述MXenes材料的表面原位包覆有所述副族金属，且所述MXenes材料的层间也分布有所述副族金属。所述制法包括：采用熔盐法，将前驱体M_n+1AX_n相材料、副族金属盐和无机盐研磨5～60min，并将所获混合物于惰性气氛中在300～800℃反应1～48h，之后进行后处理，获得副族金属复合MXenes的复合材料。本发明的复合材料具有组分可调、成分均匀、低成本、环保高效等优点，在电化学储能用电极材料、吸波材料、电磁屏蔽材料、催化剂等领域具有应用前景。

技术领域

本发明涉及MXenes复合材料技术领域，特别涉及一种副族金属复合MXenes的复合材料、其制备方法及应用。

背景技术

二维(2D)材料，是具有高纵横比和几个原子层厚度的晶体材料，例如石墨烯、MoS₂、六方氮化硼、过渡金属氧化物以及粘土，由于其独特的物理和化学性质，引起了科学家的极大兴趣。Naguib在2011年报道了一种新的二维过渡金属碳化物和碳氮化物，由于具有与石墨烯类似的结构，故命名为MXenes。MXenes是一种新型的二维过渡金属碳化物和/或碳氮化物，通过化学蚀刻MAX相(其中M表示过渡金属，例如Sc、Ti、V、Cr、Mn、Ta、Nb等，A是13-16族中的元素，例如Al、Si、Ge、Sn、Ga，X表示碳和/或氮，并且n＝1,2或3)的A原子层得到的。一般MXenes都是通过HF溶液得到，其带有许多表面基团，如羟基(-OH)，氧(＝O)和氟(-F)等官能团。MXenes的官基团对其物理化学性质和性能起着非常重要的作用，特别是在电荷储存过程中。许多研究发现，MXenes的电化学性能随着-F官能团的减少和氧官能团的增加而显著提高。到目前为止，业界研究人员已经合成了20多种不同的MXenes，如Ti₃C₂T_x、Ti₂CT_x、Zr₃C₂T_x、Nb₂CT_x、Ta₄C₃T_x、V₂CT_x、Ti₄N₃T_x、Mo₂CT_x、Hf₃C₂T_x等。MXenes由于其独特的层状结构，大的比表面积，高导电率和丰富的官能团使其诸多领域有着潜在的应用。

近年来，业界研究人员初步探索了这类材料在电化学储能用电极材料、功能高分子导电填料、催化剂载体材料及高放废料处理等领域的应用。但是，到目前为止，关于副族金属复合MXenes材料的研究却鲜有报道。目前采用的前驱体一般是A位为Al的MAX相前驱体，且一般均通过含F溶液对MAX相A位进行化学刻蚀，得到的MXenes均含有F官能团，而对于MAX相前驱体A位为Si的不含氟官能团的MXenes复合材料却未有报道，因此，通过副族金属元素复合不含F官能团的MXenes材料在探索MXenes材料的新结构、新性质和拓展其应用中有着非常重要的意义。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种副族金属复合MXenes的复合材料、其制备方法及应用，从而克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种副族金属复合MXenes的复合材料，其包括MXenes(二维过渡金属碳化物和/或碳氮化物)材料和副族金属，所述MXenes材料的表面原位包覆有所述副族金属，且所述MXenes材料的层间也分布有所述副族金属。

在一些实施例中，所述副族金属复合MXenes的复合材料中MXenes材料的含量为0.1～99.9wt％。