[发明专利]一种表面有机改性碳化钛纳米片的制备方法

说明书

一种表面有机改性碳化钛纳米片的制备方法，属于纳米材料的制备技术领域。首先利用氟化锂和盐酸的混合溶液刻蚀碳化铝钛中的铝原子层制备得到碳化钛沉淀，然后将碳化钛沉淀重新分散在水中，超声、离心，除去沉淀物，取上层清液，即得到碳化钛纳米片悬浮液；最后加入表面活性剂的水溶液，反应得到表面有机改性碳化钛纳米片。本发明采用氟化锂和盐酸的混合溶液刻蚀碳化铝钛中的铝原子层制备碳化钛，与氢氟酸刻蚀碳化铝钛的方法相比，腐蚀性降低，操作安全性提高。本发明制备的表面有机改性碳化钛纳米片具有较高的表面活性和热稳定性，与高分子材料的相容性好，能均匀分散在高分子材料中，从而提高高分子材料的力学性能、阻燃性能和热性能。

技术领域

本发明属于纳米材料的制备技术领域，具体涉及一种表面有机改性碳化钛纳米片的制备方法。

背景技术

碳化钛(Ti₃C₂)是一种新型二维过渡金属碳化物，2011年由美国Barsoum等人首先利用氢氟酸从典型的三元层状碳化物Ti₃AlC₂中剥离出Al原子层而得到。由于具有优异的导电性和结构稳定性，碳化钛已广泛应用于催化、水处理、超级电容器、锂离子电池和复合材料等领域。二维碳化钛经化学法合成后，由于纳米粒子表面能较高，热力学上倾向于聚集，在溶液中易团聚、沉淀，从而极大地影响了其性能的充分发挥。

二维碳化钛的表面改性是解决其团聚问题的有效途径。例如，中国专利CN106185936A报道了一种利用氨水插层、剥离二维碳化钛纳米材料的制备方法，在一定程度上克服了碳化钛的团聚效应，增大了碳化钛的比表面积。中国专利CN105470486A、CN106976917A、CN105895385A等报道了二维碳化钛表面负载金属氧化物(氧化锡、氧化钴、氧化钛等)的制备方法，可以改善二维碳化钛的团聚效应，提高分散性和材料的多功能性。中国专利CN104961131A报道了一种磺化二维碳化钛纳米片的制备方法，由于磺酸基团具有良好的亲水性，二维碳化钛经过磺化处理，不仅提高其在水中的分散性，而且易于得到单层或少层碳化钛纳米片。尽管以上方法在一定程度上改善了二维碳化钛的聚集效应，然而这些方法制备得到的碳化钛纳米片表面极性较强，与聚合物相容性差，导致其在聚合物中难以均匀分散。中国专利CN106587064A、CN106674517A分别报道了一种功能化氨基-碳化钛、聚苯胺表面修饰碳化钛及其制备方法，在二维层状碳化钛表面引入了有机官能团，降低了材料的极性，提高了表面活性，但是这两种方法并未有效地剥离出单层或少层碳化钛纳米片，难以发挥碳化钛的优异性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有二维碳化钛存在的容易团聚、很难得到单层或少层纳米片、在聚合物中难以均匀分散等缺陷，提供一种高分散、大尺寸、高质量、表面有机改性碳化钛的制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种表面有机改性碳化钛纳米片的制备方法，包括如下步骤：

1)利用氟化锂和盐酸的混合溶液刻蚀碳化铝钛中的铝原子层制备得到碳化钛沉淀；

2)将步骤1)中得到的碳化钛沉淀重新分散在水中，超声、离心，除去沉淀物，取上层清液，即得到碳化钛纳米片悬浮液；

3)将表面活性剂的水溶液加入至步骤2)得到的碳化钛纳米片悬浮液中，反应后得到的沉淀物即为表面有机改性碳化钛纳米片。

作为本发明制备方法的优选技术方案，制备方法的具体步骤如下：

1)取0.5g碳化铝钛和0.5g氟化锂置于塑料烧杯中，加入10-15mL浓度为7-10mol/L的盐酸，于30-50℃下搅拌反应36-60h，搅拌速度为400-600rpm，反应结束后经反复离心、洗涤至pH为6-7，干燥后得到碳化钛沉淀；