[发明专利]钛基氧化物二维材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种钛基氧化物二维材料及其制备方法。所述制备方法包括如下步骤：(1)获取钛酸铯粉末，并与盐酸的水溶液混合，进行离子交换，收集沉淀物，清洗，干燥，得层状结构的水合钛酸；(2)将所述层状结构的水合钛酸分散于水中，加入插层剂进行剥层处理，然后离心，收集清液。该制备方法能够通过便于工业化应用的工艺方法制备得到钛基二维材料，能耗小，成本低，工艺便于控制，且制得的钛基二维材料的二维平面面积大，功能性优异。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，特别是涉及钛基氧化物二维材料及其制备方法。

背景技术

二维材料是一类新兴的材料，厚度在单原子层到几个原子层厚度的材料称为二维材料。较为典型的二维材料，如石墨烯、黑鳞、MAXene等，因其载流子迁移和热量扩散都被限制在二维平面内，表现出高导电导热性能、高接触浸润性、大比表面积、高机械强度等特点，因此，二维材料在诸多领域具广泛的应用前景，例如：化学催化、光催化、新能源电池、生物医药等。

钛元素在自然界中储量丰富、环境友好，由于Ti原子外层四电子结构，使钛基氧化物表现出许多奇特的性质，并在生产、生活中广泛使用。将钛基氧化物制备成具有超薄结构的二维材料能够极大的激发其活性，提高材料在催化、储能等方面的效率。传统的制备二维材料的方法有球磨、超声、重结晶等。

然而，自然条件下钛基氧化物主要以金红石、锐钛矿等晶型存在，很难通过重结晶生长成二维结构，且其晶型结构稳定，无论通过物理方法(如球磨、超声)还是化学方法都很难将其剥离成片，需要借助高能球磨、高温等手段进行剥离，能量消耗大，难以实现工业化应用，同时，前述方法制备的二维钛基氧化物，其尺寸较大，二维平面的面积较小，很难形成超薄二维材料所独具的纳米效应，表现出来的功能性效果较差。

基于此，具有超薄二维结构的钛基氧化物鲜有报道，与其相关的应用技术研究也受到了严重的制约。

发明内容

基于此，有必要提供一种钛基氧化物二维材料的制备方法。该制备方法能够通过便于工业化应用的工艺方法制备得到钛基二维材料，能耗小，成本低，工艺便于控制，且制得的钛基二维材料的二维平面面积大，功能性优异。

一种钛基氧化物二维材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)获取钛酸铯粉末，并与盐酸的水溶液混合，进行离子交换，收集沉淀物，清洗，干燥，得层状结构的水合钛酸；

(2)将所述层状结构的水合钛酸分散于水中，加入插层剂进行剥层处理，然后离心，收集清液。

在其中一个实施例中，步骤(1)中，所述盐酸的水溶液中盐酸的浓度为0.2～2mol/L；及/或，所述盐酸水溶液的用量为每100g所述钛酸铯，加入0.8～1.2L。

在其中一个实施例中，步骤(1)中，所述离子交换的时间为10～80h，且在所述离子交换过程中，每10h更换一次所述盐酸的水溶液。

在其中一个实施例中，步骤(1)中，所述碱金属钛酸盐为钛酸铯。

在其中一个实施例中，步骤(2)中，所述插层剂为四丁基氢氧化铵、四丁基溴化铵或二乙基二甲基氢氧化铵。

在其中一个实施例中，步骤(2)中，所述剥层处理的条件包括：在转速200～800rpm条件下，搅拌1～5天。

在其中一个实施例中，步骤(1)中，所述钛酸铯的获取方法包括如下步骤：

将碳酸铯与二氧化钛加入水中，混合搅拌，然后于50～100℃温度条件下搅拌至水挥发干，形成粉末；

压制所述粉末，然后于500～900℃煅烧5～15h。

在其中一个实施例中，所述压制的压力为5～20Mpa。

在其中一个实施例中，所述碳酸铯与二氧化钛摩尔比为1.5～2:1。