[发明专利]一种具有垂直孔道结构的二维MXene膜及其制备方法

说明书

本发明属于MXene膜的技术领域，公开了一种具有垂直孔道结构的二维MXene膜及其制备方法。方法：(1)将MAX粉末在盐酸与氟化锂的作用下进行刻蚀，离心，洗涤，干燥，超声分散，获得MXene纳米片溶液；(2)将MXene纳米片溶液进行电泳沉积，取出，进行冷冻处理，干燥，获得具有垂直孔道结构的MXene膜；电泳沉积的条件：电压为1‑36V，时间为10s‑30min；所述冷冻处理的温度为‑196℃～‑100℃。本发明的方法简单，绿色环保，所制备的膜为具有垂直孔道结构，能够加快分子的穿膜速率；本发明的膜在储能、催化、光电材料、生物药物、电磁屏蔽、吸波材料等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于MXene膜的技术领域，具体涉及一种具有垂直孔道结构的MXene膜及其制备方法。

背景技术

纳米材料由于尺寸效应，具有远优于宏观块体材料的物理化学性质，因而受到广泛关注。功能纳米材料的性能很大程度上依赖于其形貌、尺寸和晶相结构，对其微观结构进行精细调控，实现结构设计和可控构筑已成为近年来纳米材料科学研究的热点领域。

近年来，以氧化石墨烯膜为在离子分离领域发展迅速，类似的二维纳米膜材料因其机械性能良好、化学稳定性高、制备简单、性能优异等特点引起科研界的广泛关注。而二维MXene(过渡金属碳氮化物)膜，与氧化石墨烯膜相比，制备更简单，导电性更高，亲水性更好，在分离领域展现出了工业应用潜力。

其中二维膜结构由二维纳米片堆叠而成，通过片与片之间的层间距以及表面缺陷达到选择性筛分的效果。二维纳米片的水平堆叠制备的膜，分子在膜里面传输要通过弯弯曲曲的层间通道不断扩散到另一侧，因此会随着厚度的增加显著降低传输速率，同时又容易重堆积和团聚。如果能制备具有垂直通道的二维膜，在进行离子等分子传输相比于普通层状堆叠的结构传输显然能更快，而且厚度对其影响也会明显减少，如何有效搭建垂直通道的膜并将其应用在分离，电池等领域具有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种具有垂直孔道结构的二维MXene膜及其制备方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种具有垂直孔道结构的MXene膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将MAX粉末在盐酸与氟化锂的作用下进行刻蚀，离心，洗涤，干燥，超声分散，获得MXene纳米片溶液；

(2)将MXene纳米片溶液进行电泳沉积，取出，进行冷冻处理，干燥，获得具有垂直孔道结构的MXene膜。

步骤(2)中所述电泳沉积的条件：电压为1-36V，时间为10s-30min。电流电流范围为0～1A。

步骤(1)中所述氟化锂与盐酸的质量体积比为(5～10)g：(100～200)mL；

所述盐酸溶液浓度为6～12mol/L。

步骤(1)中所述MAX粉末为Ti₂AlC、V₂AlC、Ti₃SiC₂、Ti₃AlC₂、Ti₄AlN₃和Nb₄AlC₃中的一种；所述MAX粉末与氟化锂的质量比为(4～10)：(5～10)。

步骤(1)中所述刻蚀的时间为24～48小时。

步骤(1)中所述MXene纳米片溶液的溶剂为水，所述MXene纳米片溶液的浓度为0.25～2mg/ml。

步骤(1)所述MXene纳米片溶液的制备方法，具体包括以下步骤：

(a)将氟化锂加入盐酸溶液中，搅拌均匀，加入MAX粉末，搅拌反应，离心，洗涤，干燥，得到MXene粉末；