[发明专利]MXene/ZnMnNi LDH范德华异质结构及其制备方法和应用

权利要求书

1.MXene/Z nMnNi LDH范德华异质结构的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：制备单层ZnMnNi LDH纳米片，即F-ZnMnNi LDH

首先，将六水合硝酸锌、六水合硝酸镍、四水合乙酸锰、六亚甲基四胺和去离子水同时分散在一起并搅拌，得到均匀分散的淡绿色混合溶液，六水合硝酸锌、六水合硝酸镍、四水合乙酸锰、六亚甲基四胺的浓度分别为0.008-0.012mol/L、0.01-0.05mol/L、0.008-0.012mol/L、0.01-0.03mol/L，且去离子水、六水合硝酸锌、六水合硝酸镍、四水合乙酸锰、六亚甲基四胺质量比为1∶2.4-3.6∶2.9-14.5∶1.95-2.9∶1.4-4.2，然后，将该混合溶液转移到高压反应釜中，并将高压反应釜放在鼓风干燥箱中进行加热反应，反应的化学方程式如下：

C₆H₁₂N₄+6H₂O→6HCHO+4NH₃

NH₃+H₂O→NH₄OH

待反应时间结束后，取出高压反应釜，使其自然冷却至室温，之后打开反应釜，将其中的反应得到的淡黄色沉淀物取出，该沉淀物即为前驱体ZnMnNi LDH，并用去离子水和无水乙醇进行洗涤，紧接着将洗涤好的沉淀物转移到装有甲酰胺溶液的容器中，然后将其置于超声清洗机中进行超声剥离，甲酰胺分子中含有一个氧原子和一个氮原子，其强负电性元素与其他元素之比在甲酰胺溶液中最高，因此会形成一种特别强的偶极-偶极引力作用，即氢键作用力，形成ZnMnNi LDH被剥离的驱动力，导致ZnMnNi LDH被剥离；

最后将超声剥离后的产物ZnMnNi LDH进行离心，离心后沉淀下来的底物为未剥离成功的多层ZnMnNi LDH，而未沉淀的上清液为单层的ZnMnNi LDH纳米片，即所需得到的F-ZnMnNi LDH；

步骤二：制备单层MXene纳米片，即F-MXene

首先，将Ti₃AlC₂ MAX缓缓加入到氟化锂和盐酸的混合溶液中，盐酸和氟化锂的浓度分布为8-10mol/L、2-4mol/L，Ti₃AlC₂与氟化锂的质量比为1∶(1.03-2.08)，接着将其置于水浴锅中进行加热搅拌，使其分散均匀，溶液颜色变成均一的黑色，反应方程式如下：

HCl+LiF→HF+LiCl

HF+Al→AlF₃+H₂

反应过程中HF会将Ti₃AlC₂MAX层间的Al元素刻蚀掉，从而会形成手风琴状的Ti₃C₂MXene；

待反应时间结束后，将得到的黑色悬浊液产物用无水乙醇和去离子水洗涤，接着将洗涤后的产物置于装有去离子水的容器中，然后将容器放入超声清洗机中进行超声，以达到剥离的效果，超声剥离后溶液由黑色转变成墨绿色，MXene由于在刻蚀过程中会引入Li离子的插层以及Al元素的去除，从而导致其层间距较大，于是在长时间的超声作用力下，多层的纳米片会逐渐被剥离成单层的MXene纳米片；

最后，将超声剥离得到的墨绿色溶液进行离心，得到未沉淀下来的上清液得到所需的F-MXene，沉淀下来的底物为未剥离成功的MXene；

步骤三：制备F-MXene/F-ZnMnNi LDH范德华异质结构

剥离后的F-MXene、F-ZnMnNi LDH各自显电性，相同电性下的物质会互相排斥，长时间静置也不会发生明显的沉淀现象，将步骤2中的F-MXene上清液加入到步骤一中的F-ZnMnNiLDH上清液并搅拌，一方面，由于MXene纳米片在制备过程中会携带有大量的-OH、-Cl等官能团，致使其MXene本身会显负电性；另一方面，LDHs层间充斥着大量的阴离子和水分子，为了保持电荷平衡，从而会使LDHs纳米片上会带有正电荷，所以剥离后的得到的单层或少层LDHs纳米片会具有正电性，当将F-MXene、F-ZnMnNi LDH置于同一环境中，正负电性的相互吸引会让MXene纳米片和ZnMnNi LDH纳米片互相紧密的交替堆叠在一起，F-MXene和F-ZnMnNi LDH混合在一起会导致明显的沉淀现象，搅拌结束后，将得到的黑色沉淀物用无水乙醇和去离子水离心洗涤，最后将洗涤后的产物置于真空干燥箱中进行干燥，得到黑色的粉末固体，即为互相交替堆叠的F-MXene/F-ZnMnNi LDH范德华异质结构；

MXene纳米片和ZnMnNi LDH纳米片的质量比为1∶(8-32)。