CN108298541B - 一种二维层状MXene纳米片的制备方法 - Google Patents
一种二维层状MXene纳米片的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种二维层状MXene纳米片的制备方法,包括:步骤1,将钛粉、铝粉和炭黑按照摩尔比混合并以200~300r/min的转速球磨2~4h;将混合粉末放在石墨坩埚中,并在混合粉末中埋入钨丝圈;放入自蔓延反应釜中,并将钨丝线圈在惰性气氛中通电点燃,得到Ti3AlC2粉体材料;步骤2,将Ti3AlC2粉体放入氢氟酸溶液中反应20~48h;离心分离洗涤后再干燥24~36h,得到Ti3C2粉末材料;步骤3,将Ti3C2粉末分散在四丁基氢氧化铵溶液中,并在室温下搅拌10~24h;离心分离洗涤后再干燥24~36h,得到四丁基铵离子插层Ti3C2材料;步骤4,将四丁基铵离子插层Ti3C2材料分散在离子水中;在惰性气氛下超声0.5~2h,得到分散在去离子水中的Ti3C2MXene纳米片。本发明的有益效果:工艺流程简单、操作方便、过程可控、易于规模化制备。
Description
技术领域
本发明涉及新材料技术领域,具体而言,涉及一种二维层状MXene纳米片的制备方法。
背景技术
二维材料,是指厚度只有一个或者几个原子大小的晶体材料。由于二维材料本身的结构特征使其具有优异的物理、化学、光学和电学性能,是目前国际材料科学研究的前沿焦点。石墨烯是二维材料的典型代表,除此之外,其他具有特殊性质的二维材料也相继涌现,不断发展壮大二维材料家族。近年来,一种新型的二维过渡族金属碳化物或氮化物(MXene)的发现,为二维材料家族增添了很多新成员。MXene是由三元层状化合物MAX剥离而来,MAX的化学式为Mn+1AXn(n=1,2,3,下同),其中M表示前过渡族金属(Ti、Nb、Ta、V、Mo、Cr、Zr),A主要为IIIA和IVA族元素,X为碳或者氮。X原子位于紧密排列的M层的八面体中心,M层与A层交替排列形成MAX相。研究人员用氢氟酸反应蚀刻掉其中的A层,剩下Mn+1Xn层。Mn+1Xn层是只有几个原子层厚度的二维平面结构,为了强调与石墨烯(Graphene)具有类似的结构,被命名为MXene。目前已经发现的MXene材料有60多种,研究比较多的有Ti3C2、Ti2C、V2C、Nb4C3等,其具有电子导电性高、结构稳定、循环稳定性好等优点,在超级电容器和锂离子电池等领域得到了广泛的研究。
高质量的MAX前驱粉体批量化制备是MXene材料大规模应用的基础。公布号为CN104016345B的中国专利公开了一种类石墨烯二维层状碳化钛纳米片的制备方法,其中包括原位热压固液反应制备Ti3AlC2前驱粉,其制备过程中需要高温高压,对制备设备要求高。公布号为CN106220180A的中国专利申请公开了一种二维晶体MXene纳米材料的制备方法,包括利用无压烧结工艺制备高纯三元层状MAX陶瓷块体材料,但其反应原料中需采用易燃固体TiH2,仍然需要高温加热反应,得到的是Ti3AlC2块体材料,最后还需要对Ti3AlC2块体进行破碎粉化处理。因此,高效、低成本和规模化制备MAX前驱粉体仍然是一个难题。
发明内容
为解决上述问题,本发明的目的在于提供一种高效、低成本和规模化制备MAX前驱粉体的二维层状MXene纳米片的制备方法。
本发明提供了一种二维层状MXene纳米片的制备方法,包括:
步骤1,制备Ti3AlC2粉体材料:
首先将钛粉、铝粉和炭黑按照摩尔比混合,并以200~300r/min的转速球磨2~4h;
然后将混合粉末放在石墨坩埚中,并在混合粉末中埋入钨丝圈;
最后放入自蔓延反应釜中,并将钨丝线圈在惰性气氛中通电点燃,得到疏松的Ti3AlC2粉体材料;
步骤2,制备Ti3C2粉末材料:
首先将步骤1得到的Ti3AlC2粉体放入氢氟酸溶液中反应20~48h;
然后离心分离洗涤后再干燥24~36h,得到Ti3C2粉末材料;
步骤3,制备四丁基铵离子插层Ti3C2材料:
首先将步骤2得到的Ti3C2粉末分散在四丁基氢氧化铵溶液中,并在室温下搅拌10~24h;
然后离心分离洗涤后再干燥24~36h,得到四丁基铵离子插层Ti3C2材料;
步骤4,制备Ti3C2MXene纳米片:
首先将步骤4得到的四丁基铵离子插层Ti3C2材料分散在离子水中;
然后在惰性气氛下超声0.5~2h,得到分散在去离子水中的Ti3C2MXene纳米片。
作为本发明进一步的改进,步骤1中,钛粉、铝粉和炭黑的摩尔比为(2~3):(1~1.6):(1~2)。
作为本发明进一步的改进,步骤2中,氢氟酸溶液的浓度为40wt%,且每40~60ml氢氟酸溶液中加入3g Ti3AlC2粉体。
作为本发明进一步的改进,步骤3中,四丁基氢氧化铵溶液的浓度为25wt%,且每50~80ml四丁基氢氧化铵溶液中加入2g Ti3C2粉末。
作为本发明进一步的改进,步骤4中,分散在去离子水中的Ti3C2MXene纳米片的浓度为0.1~10g/L。
作为本发明进一步的改进,步骤2和步骤3中的干燥方式为:在50~100℃下真空干燥或冷冻干燥。
作为本发明进一步的改进,步骤1和步骤4中惰性气氛下采用的惰性气体为氮气或氩气。
本发明的有益效果为:
1、采用自蔓延反应可以制备得到疏松的Ti3AlC2前驱粉,直接利用反应物之间高的化学反应热的自加热和自传导作用,工艺简单,一经引燃启动过程后就不需要对其进一步提供任何能量,反应时间短,制备的Ti3AlC2前驱粉纯度高,同时由于制备设备简单,无需高温高压的反应装置以及额外的破碎粉化处理,成本低,易于规模化制备;
2、采用四丁基铵离子插层Ti3C2,增大了Ti3C2的层间距,有利于Ti3C2的剥离高效制备Ti3C2MXene纳米片,后期可以应用在超级电容器、锂离子电池、电催化和吸附等领域,具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一种二维层状MXene纳米片的制备方法的流程示意图;
图2为本发明实施例1所制备的Ti3AlC2、Ti3C2和四丁基铵离子插层Ti3C2的X射线衍射谱图;
图3为本发明实施例1所制备的Ti3AlC2材料的扫描电子显微镜照片;
图4为本发明实施例1所制备的Ti3C2的扫描电子显微镜照片;
图5为本发明实施例1所制备的四丁基铵离子插层Ti3C2材料的扫描电子显微镜照片;
图6为本发明实施例1所制备的Ti3C2MXene纳米片分散液的数码照片;
图7为本发明实施例1所制备的Ti3C2MXene纳米片的扫描电子显微镜照片,其中,图7(a)为低倍数的扫描电子显微镜照片,图7(b)为高倍数的扫描电子显微镜照片;
图8为本发明实施例1所制备的Ti3C2MXene纳米片的透射电子显微镜照片,其中,图8(a)为低倍数的透射电子显微镜照片,图8(b)为高倍数的透射电子显微镜照片。
具体实施方式
如图1所示,本发明所述的二维层状MXene纳米片的制备方法,包括:
步骤1,制备Ti3AlC2粉体材料:
首先将钛粉、铝粉和炭黑按照摩尔比混合,并以200~300r/min的转速球磨2~4h;
然后将混合粉末放在石墨坩埚中,并在混合粉末中埋入钨丝圈;
最后放入自蔓延反应釜中,并将钨丝线圈在惰性气氛中通电点燃,得到疏松的Ti3AlC2粉体材料;
步骤2,制备Ti3C2粉末材料:
首先将步骤1得到的Ti3AlC2粉体放入氢氟酸溶液中反应20~48h;
然后离心分离洗涤后再干燥24~36h,得到Ti3C2粉末材料;
步骤3,制备四丁基铵离子插层Ti3C2材料:
首先将步骤2得到的Ti3C2粉末分散在四丁基氢氧化铵溶液中,并在室温下搅拌10~24h;
然后离心分离洗涤后再干燥24~36h,得到四丁基铵离子插层Ti3C2材料;
步骤4,制备Ti3C2MXene纳米片:
首先将步骤4得到的四丁基铵离子插层Ti3C2材料分散在离子水中;
然后在惰性气氛下超声0.5~2h,得到分散在去离子水中的Ti3C2MXene纳米片。
进一步的,步骤1中,钛粉、铝粉和炭黑的摩尔比为(2~3):(1~1.6):(1~2)。
进一步的,步骤2中,氢氟酸溶液的浓度为40wt%,且每40~60ml氢氟酸溶液中加入3g Ti3AlC2粉体。
进一步的,步骤3中,四丁基氢氧化铵溶液的浓度为25wt%,且每50~80ml四丁基氢氧化铵溶液中加入2g Ti3C2粉末。
进一步的,步骤4中,分散在去离子水中的Ti3C2MXene纳米片的浓度为0.1~10g/L。
进一步的,步骤2和步骤3中的干燥方式为:在50~100℃下真空干燥或冷冻干燥。
进一步的,步骤1和步骤4中惰性气氛下采用的惰性气体为氮气或氩气。
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例1,本发明第一实施例所述的一种二维层状MXene纳米片的制备方法,包括:
步骤1,将钛粉、铝粉和炭黑按照摩尔比3:1.6:1.8混合,并以300r/min的转速球磨4h;然后将混合粉末放在石墨坩埚中,并在混合粉末中埋入钨丝圈;放入自蔓延反应釜中,并将钨丝线圈在氩气气氛中通电点燃,得到疏松的Ti3AlC2粉体材料;
步骤2,将3g Ti3AlC2粉体放入60ml氢氟酸溶液中反应24h,离心分离洗涤后再冷冻干燥24h,得到Ti3C2粉末材料;其中,氢氟酸溶液的浓度为市售最常用浓度40wt%;
步骤3,将2g Ti3C2粉末分散在50ml四丁基氢氧化铵溶液中,并在室温下搅拌24h;离心分离洗涤后再冷冻干燥24h,得到四丁基铵离子插层Ti3C2材料;其中,四丁基氢氧化铵的浓度为市售最常用浓度25wt%;
步骤4,将0.1g四丁基铵离子插层Ti3C2材料分散在100ml离子水中;在氩气气氛下超声1h,得到浓度为1g/L的Ti3C2MXene纳米片分散液。
本实施例1所制备的Ti3AlC2、Ti3C2和四丁基铵离子插层Ti3C2的X射线衍射谱图如图2所示,从图中可以看出,采用自蔓延反应可以成功制备出结晶度好、纯度高的Ti3AlC2材料。Ti3AlC2和Ti3C2的X射线衍射谱图显示,当Ti3AlC2与氢氟酸刻蚀反应后,Ti3AlC2在9.5°附近的(002)峰消失,而在8.8°、18.3°、27.6°的位置分别出现Ti3C2的(0002)、(0004)、(0006)峰,说明Ti3AlC2经过化学刻蚀后,成功把A层铝原子层蚀刻掉了,得到了Ti3C2材料。四丁基铵离子插层Ti3C2后的X射线衍射谱图显示,(0002)衍射峰向小角度移动,从8.8°至4.8°的位置,层间距由原来的0.99nm增大到1.84nm,说明四丁基铵离子成功插入Ti3C2层间。
图3为本实施例1所制备的Ti3AlC2材料的扫描电子显微镜照片,从图3可以看出,Ti3AlC2材料具有微米块状形貌。
图4为本实施例1所制备的Ti3C2材料的扫描电子显微镜照片,从图4可以看出,Ti3C2呈明显的片层状形貌,由原来的块状转变成类似手风琴的结构,其片层之间存在着较大的空隙。
图5为本实施例1所制备的四丁基铵离子插层Ti3C2材料的扫描电子显微镜照片,从图5可以看出,四丁基铵离子插层后没有破坏Ti3C2材料的层状结构,Ti3C2片层变厚,其片层之间的间隙表窄。
图6为本实施例1所制备的Ti3C2MXene纳米片分散液的数码照片,从图6可以看出,Ti3C2MXene纳米片分散液放置几周也无明显沉淀,可实现Ti3C2MXene纳米片的规模化制备。
图7为本实施例1所制备的Ti3C2MXene纳米片的不同放大倍数的扫描电子显微镜照片,其中,图7(a)为低倍数的扫描电子显微镜照片,图7(b)为高倍数的扫描电子显微镜照片。从图7(a)可以看出,Ti3C2MXene呈现出明显的纳米片结构,其横向尺寸为2~5微米。从图7(b)可以看出,Ti3C2MXene纳米片厚度比较薄,具有一定的透光性。
图8为本实施例1所制备的Ti3C2MXene纳米片的透射电子显微镜照片,其中,图8(a)为低倍数的透射电子显微镜照片,图8(b)为高倍数的透射电子显微镜照片。从图8(a)可以看出,Ti3C2MXene纳米片呈现出类似石墨烯的柔性特征,边缘出现卷曲或者折叠的现象。从图8(b)可以看出,Ti3C2MXene纳米片的厚度在8nm左右。
实施例2,本发明第二实施例所述的一种二维层状MXene纳米片的制备方法,包括:
步骤1,将钛粉、铝粉和炭黑按照摩尔比2:1:1混合,并以200r/min的转速球磨2h;然后将混合粉末放在石墨坩埚中,并在混合粉末中埋入钨丝圈;放入自蔓延反应釜中,并将钨丝线圈在氩气气氛中通电点燃,得到疏松的Ti3AlC2粉体材料;
步骤2,将3g Ti3AlC2粉体放入40ml氢氟酸溶液中反应20h,离心分离洗涤后再冷冻干燥24h,得到Ti3C2粉末材料;其中,氢氟酸溶液的浓度为市售最常用浓度40wt%;
步骤3,将2g Ti3C2粉末分散在50ml四丁基氢氧化铵溶液中,并在室温下搅拌10h;离心分离洗涤后再冷冻干燥24h,得到四丁基铵离子插层Ti3C2材料;其中,四丁基氢氧化铵的浓度为市售最常用浓度25wt%;
步骤4,将0.01g四丁基铵离子插层Ti3C2材料分散在100ml离子水中;在氩气气氛下超声0.5h,得到浓度为0.1g/L的Ti3C2MXene纳米片分散液。
实施例3,本发明第三实施例所述的一种二维层状MXene纳米片的制备方法,包括:
步骤1,将钛粉、铝粉和炭黑按照摩尔比3:1.6:2混合,并以300r/min的转速球磨4h;然后将混合粉末放在石墨坩埚中,并在混合粉末中埋入钨丝圈;放入自蔓延反应釜中,并将钨丝线圈在氩气气氛中通电点燃,得到疏松的Ti3AlC2粉体材料;
步骤2,将3g Ti3AlC2粉体放入60ml氢氟酸溶液中反应48h,离心分离洗涤后再冷冻干燥36h,得到Ti3C2粉末材料;其中,氢氟酸溶液的浓度为市售最常用浓度40wt%;
步骤3,将2gTi3C2粉末分散在50ml四丁基氢氧化铵溶液中,并在室温下搅拌24h;离心分离洗涤后再冷冻干燥36h,得到四丁基铵离子插层Ti3C2材料;其中,四丁基氢氧化铵的浓度为市售最常用浓度25wt%;
步骤4,将1g四丁基铵离子插层Ti3C2材料分散在100ml离子水中;在氩气气氛下超声2h,得到浓度为10g/L的Ti3C2MXene纳米片分散液。
实施例4,本发明第四实施例所述的一种二维层状MXene纳米片的制备方法,包括:
步骤1,将钛粉、铝粉和炭黑按照摩尔比2.5:1.2:1.5混合,并以250r/min的转速球磨3h;然后将混合粉末放在石墨坩埚中,并在混合粉末中埋入钨丝圈;放入自蔓延反应釜中,并将钨丝线圈在氩气气氛中通电点燃,得到疏松的Ti3AlC2粉体材料;
步骤2,将3g Ti3AlC2粉体放入50ml氢氟酸溶液中反应36h,离心分离洗涤后再冷冻干燥30h,得到Ti3C2粉末材料;其中,氢氟酸溶液的浓度为市售最常用浓度40wt%;
步骤3,将2g Ti3C2粉末分散在60ml四丁基氢氧化铵溶液中,并在室温下搅拌16h;离心分离洗涤后再冷冻干燥30h,得到四丁基铵离子插层Ti3C2材料;其中,四丁基氢氧化铵的浓度为市售最常用浓度25wt%;
步骤4,将0.5g四丁基铵离子插层Ti3C2材料分散在100ml离子水中;在氩气气氛下超声1h,得到浓度为5g/L的Ti3C2MXene纳米片分散液。
实施例5,本发明第五实施例所述的一种二维层状MXene纳米片的制备方法,包括:
步骤1,将钛粉、铝粉和炭黑按照摩尔比3:1.6:1.8混合,并以300r/min的转速球磨4h;然后将混合粉末放在石墨坩埚中,并在混合粉末中埋入钨丝圈;放入自蔓延反应釜中,并将钨丝线圈在氮气气氛中通电点燃,得到疏松的Ti3AlC2粉体材料;
步骤2,将3g Ti3AlC2粉体放入60ml氢氟酸溶液中反应24h,离心分离洗涤后再真空50℃干燥24h,得到Ti3C2粉末材料;其中,氢氟酸溶液的浓度为市售最常用浓度40wt%;
步骤3,将2g Ti3C2粉末分散在50ml四丁基氢氧化铵溶液中,并在室温下搅拌24h;离心分离洗涤后再真空50℃干燥24h,得到四丁基铵离子插层Ti3C2材料;其中,四丁基氢氧化铵的浓度为市售最常用浓度25wt%;
步骤4,将0.1g四丁基铵离子插层Ti3C2材料分散在100ml离子水中;在氮气气氛下超声1h,得到浓度为1g/L的Ti3C2MXene纳米片分散液。
实施例6,本发明第六实施例所述的一种二维层状MXene纳米片的制备方法,包括:
步骤1,将钛粉、铝粉和炭黑按照摩尔比2:1:1混合,并以200r/min的转速球磨2h;然后将混合粉末放在石墨坩埚中,并在混合粉末中埋入钨丝圈;放入自蔓延反应釜中,并将钨丝线圈在氮气气氛中通电点燃,得到疏松的Ti3AlC2粉体材料;
步骤2,将3g Ti3AlC2粉体放入40ml氢氟酸溶液中反应20h,离心分离洗涤后再真空100℃干燥24h,得到Ti3C2粉末材料;其中,氢氟酸溶液的浓度为市售最常用浓度40wt%;
步骤3,将2g Ti3C2粉末分散在50ml四丁基氢氧化铵溶液中,并在室温下搅拌10h;离心分离洗涤后再真空100℃干燥24h,得到四丁基铵离子插层Ti3C2材料;其中,四丁基氢氧化铵的浓度为市售最常用浓度25wt%;
步骤4,将0.01g四丁基铵离子插层Ti3C2材料分散在100ml离子水中;在氮气气氛下超声0.5h,得到浓度为0.1g/L的Ti3C2MXene纳米片分散液。
实施例7,本发明第七实施例所述的一种二维层状MXene纳米片的制备方法,包括:
步骤1,将钛粉、铝粉和炭黑按照摩尔比3:1.6:2混合,并以200r/min的转速球磨4h;然后将混合粉末放在石墨坩埚中,并在混合粉末中埋入钨丝圈;放入自蔓延反应釜中,并将钨丝线圈在氮气气氛中通电点燃,得到疏松的Ti3AlC2粉体材料;
步骤2,将3g Ti3AlC2粉体放入60ml氢氟酸溶液中反应48h,离心分离洗涤后再真空80℃干燥36h,得到Ti3C2粉末材料;其中,氢氟酸溶液的浓度为市售最常用浓度40wt%;
步骤3,将2g Ti3C2粉末分散在80ml四丁基氢氧化铵溶液中,并在室温下搅拌24h;离心分离洗涤后再真空80℃干燥36h,得到四丁基铵离子插层Ti3C2材料;其中,四丁基氢氧化铵的浓度为市售最常用浓度25wt%;
步骤4,将1g四丁基铵离子插层Ti3C2材料分散在100ml离子水中;在氮气气氛下超声2h,得到浓度为10g/L的Ti3C2MXene纳米片分散液。
实施例8,本发明第八实施例所述的一种二维层状MXene纳米片的制备方法,包括:
步骤1,将钛粉、铝粉和炭黑按照摩尔比2.5:1.2:1.5混合,并以250r/min的转速球磨3h;然后将混合粉末放在石墨坩埚中,并在混合粉末中埋入钨丝圈;放入自蔓延反应釜中,并将钨丝线圈在氩气气氛中通电点燃,得到疏松的Ti3AlC2粉体材料;
步骤2,将3g Ti3AlC2粉体放入50ml氢氟酸溶液中反应36h,离心分离洗涤后再真空50℃干燥30h,得到Ti3C2粉末材料;其中,氢氟酸溶液的浓度为市售最常用浓度40wt%;
步骤3,将2g Ti3C2粉末分散在60ml四丁基氢氧化铵溶液中,并在室温下搅拌16h;离心分离洗涤后再真空100℃干燥30h,得到四丁基铵离子插层Ti3C2材料;其中,四丁基氢氧化铵的浓度为市售最常用浓度25wt%;
步骤4,将0.5g四丁基铵离子插层Ti3C2材料分散在100ml离子水中;在氮气气氛下超声1h,得到浓度为5g/L的Ti3C2MXene纳米片分散液。
实施例9,本发明第九实施例所述的一种二维层状MXene纳米片的制备方法,包括:
步骤1,将钛粉、铝粉和炭黑按照摩尔比3:1:1混合,并以300r/min的转速球磨4h;然后将混合粉末放在石墨坩埚中,并在混合粉末中埋入钨丝圈;放入自蔓延反应釜中,并将钨丝线圈在氮气气氛中通电点燃,得到疏松的Ti3AlC2粉体材料;
步骤2,将3g Ti3AlC2粉体放入50ml氢氟酸溶液中反应24h,离心分离洗涤后再真空冷冻干燥24h,得到Ti3C2粉末材料;其中,氢氟酸溶液的浓度为市售最常用浓度40wt%;
步骤3,将2g Ti3C2粉末分散在70ml四丁基氢氧化铵溶液中,并在室温下搅拌16h;离心分离洗涤后再冷冻干燥24h,得到四丁基铵离子插层Ti3C2材料;其中,四丁基氢氧化铵的浓度为市售最常用浓度25wt%;
步骤4,将0.2g四丁基铵离子插层Ti3C2材料分散在100ml离子水中;在氩气气氛下超声1h,得到浓度为2g/L的Ti3C2MXene纳米片分散液。
实施例10,本发明第十实施例所述的一种二维层状MXene纳米片的制备方法,包括:
步骤1,将钛粉、铝粉和炭黑按照摩尔比3:1:2混合,并以200r/min的转速球磨3h;然后将混合粉末放在石墨坩埚中,并在混合粉末中埋入钨丝圈;放入自蔓延反应釜中,并将钨丝线圈在氩气气氛中通电点燃,得到疏松的Ti3AlC2粉体材料;
步骤2,将3g Ti3AlC2粉体放入60ml氢氟酸溶液中反应24h,离心分离洗涤后再真空80℃干燥36h,得到Ti3C2粉末材料;其中,氢氟酸溶液的浓度为市售最常用浓度40wt%;
步骤3,将2g Ti3C2粉末分散在60ml四丁基氢氧化铵溶液中,并在室温下搅拌16h;离心分离洗涤后再真空80℃干燥24h,得到四丁基铵离子插层Ti3C2材料;其中,四丁基氢氧化铵的浓度为市售最常用浓度25wt%;
步骤4,将0.6g四丁基铵离子插层Ti3C2材料分散在100ml离子水中;在氩气气氛下超声1h,得到浓度为6g/L的Ti3C2MXene纳米片分散液。
实施例11,本发明第十一实施例所述的一种二维层状MXene纳米片的制备方法,包括:
步骤1,将钛粉、铝粉和炭黑按照摩尔比2:1.6:2混合,并以250r/min的转速球磨3h;然后将混合粉末放在石墨坩埚中,并在混合粉末中埋入钨丝圈;放入自蔓延反应釜中,并将钨丝线圈在氮气气氛中通电点燃,得到疏松的Ti3AlC2粉体材料;
步骤2,将3g Ti3AlC2粉体放入40ml氢氟酸溶液中反应24h,离心分离洗涤后再真空50℃干燥36h,得到Ti3C2粉末材料;其中,氢氟酸溶液的浓度为市售最常用浓度40wt%;
步骤3,将2g Ti3C2粉末分散在70ml四丁基氢氧化铵溶液中,并在室温下搅拌24h;离心分离洗涤后再真空80℃干燥24h,得到四丁基铵离子插层Ti3C2材料;其中,四丁基氢氧化铵的浓度为市售最常用浓度25wt%;
步骤4,将0.5g四丁基铵离子插层Ti3C2材料分散在100ml离子水中;在氩气气氛下超声2h,得到浓度为5g/L的Ti3C2MXene纳米片分散液。
实施例12,本发明第十二实施例所述的一种二维层状MXene纳米片的制备方法,包括:
步骤1,将钛粉、铝粉和炭黑按照摩尔比2:1.6:1混合,并以300r/min的转速球磨3h;然后将混合粉末放在石墨坩埚中,并在混合粉末中埋入钨丝圈;放入自蔓延反应釜中,并将钨丝线圈在氩气气氛中通电点燃,得到疏松的Ti3AlC2粉体材料;
步骤2,将3g Ti3AlC2粉体放入40ml氢氟酸溶液中反应48h,离心分离洗涤后再真空100℃干燥24h,得到Ti3C2粉末材料;其中,氢氟酸溶液的浓度为市售最常用浓度40wt%;
步骤3,将2g Ti3C2粉末分散在80ml四丁基氢氧化铵溶液中,并在室温下搅拌10h;离心分离洗涤后再真空100℃干燥24h,得到四丁基铵离子插层Ti3C2材料;其中,四丁基氢氧化铵的浓度为市售最常用浓度25wt%;
步骤4,将0.4g四丁基铵离子插层Ti3C2材料分散在100ml离子水中;在氩气气氛下超声2h,得到浓度为4g/L的Ti3C2MXene纳米片分散液。
本发明的二维层状MXene纳米片的制备方法,采用自蔓延反应直接可以得到疏松的Ti3AlC2前驱粉,其利用反应物之间高的化学反应热的自加热和自传导作用,工艺简单,一经引燃启动过程后就不需要对其进一步提供任何能量,反应时间短,制备的Ti3AlC2前驱粉纯度高、结晶度好,同时由于采用的制备设备简单,无需高温高压的反应装置以及额外的破碎粉化处理,整体制备的成本低,易于规模化制备。另外,本发明采用四丁基铵离子来插层Ti3C2,增大了Ti3C2的层间距,有利于Ti3C2的剥离高效制备Ti3C2MXene纳米片,制备的二维Ti3C2纳米片横向尺寸为2~5微米,厚度为8纳米左右,可实现Ti3C2纳米片的规模化制备,后期可以应用在超级电容器、锂离子电池、电催化和吸附等领域,具有良好的应用前景。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种二维层状MXene纳米片的制备方法,其特征在于,包括:
步骤1,制备Ti3AlC2粉体材料:
首先将钛粉、铝粉和炭黑按照摩尔比为(2-3):(1-1.6):(1-2)混合,并以200-300r/min的转速球磨2-4h;
然后将混合粉末放在石墨坩埚中,并在混合粉末中埋入钨丝圈;
最后放入自蔓延反应釜中,并将钨丝线圈在惰性气氛中通电点燃,得到疏松的Ti3AlC2粉体材料;
步骤2,制备Ti3C2粉末材料:
首先将步骤1得到的Ti3AlC2粉体放入氢氟酸溶液中反应20-48h,其中,氢氟酸溶液的浓度为40wt%,且每40-60ml氢氟酸溶液中加入3g Ti3AlC2粉体;
然后离心分离洗涤后再干燥24-36h,得到Ti3C2粉末材料;
步骤3,制备四丁基铵离子插层Ti3C2材料:
首先将步骤2得到的Ti3C2粉末分散在四丁基氢氧化铵溶液中,并在室温下搅拌10-24h;
然后离心分离洗涤后再干燥24-36h,得到四丁基铵离子插层Ti3C2材料;
步骤4,制备Ti3C2MXene纳米片:
首先将步骤4得到的四丁基铵离子插层Ti3C2材料分散在离子水中;
然后在惰性气氛下超声0.5-2h,得到分散在去离子水中的Ti3C2MXene纳米片;
所述四丁基氢氧化铵溶液的浓度为25wt%,且每50-80ml四丁基氢氧化铵溶液中加入2gTi3C2粉末;
所制备的在去离子水中的Ti3C2MXene纳米片的浓度为0.1-10g/L。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤2和步骤3中的干燥方式为:在50-100℃下真空干燥或冷冻干燥。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤1和步骤4中惰性气氛下采用的惰性气体为氮气或氩气。
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CN109461596A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-03-12 | 南京邮电大学 | 一种基于碳化钛的柔性超薄全固态超级电容器的制备方法和应用 |
CN109796790A (zh) * | 2018-12-13 | 2019-05-24 | 华南理工大学 | 一种离子插层剂改性MXenes及其制备方法与在橡胶中的应用 |
CN109650444A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-04-19 | 河海大学 | 一种二维层状Nb4C3Tx材料及其制备方法 |
CN109904426B (zh) * | 2019-03-04 | 2021-11-16 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种MXene诱导生长的纳米氧化铁复合材料、制备方法及其应用 |
CN110165209A (zh) * | 2019-05-08 | 2019-08-23 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种有机强碱扩层Mxene材料及其制备方法、应用 |
CN110280283A (zh) * | 2019-07-18 | 2019-09-27 | 肇庆市华师大光电产业研究院 | 一种电催化还原二氧化碳的催化剂及其制备方法 |
CN110589830B (zh) * | 2019-10-14 | 2023-09-15 | 陕西科技大学 | 一种二维钛铝碳粉体的制备方法 |
CN110694581B (zh) * | 2019-10-22 | 2022-10-14 | 安庆北化大科技园有限公司 | 一种碳基材料的制备方法、稳定性测试方法及其应用 |
CN111122534B (zh) * | 2019-10-28 | 2022-08-16 | 苏州大学 | 基于二维碳化钛纳米片的化合物的拉曼测试方法 |
CN111111720A (zh) * | 2020-01-06 | 2020-05-08 | 大连理工大学 | 碱辅助插层在二维半导体Ti3C2O2合成中的应用 |
CN111715250B (zh) * | 2020-03-16 | 2021-09-03 | 同济大学 | 负载型过渡金属碳化物类芬顿纳米催化剂制备方法及应用 |
WO2021237377A1 (zh) * | 2020-05-23 | 2021-12-02 | 南通市多乾新材料科技有限公司 | 一种新型过渡金属碳化物二维纳米材料的制备方法 |
CN111591992A (zh) * | 2020-06-10 | 2020-08-28 | 哈尔滨工业大学 | 一种单层MXene纳米片及其制备方法 |
CN112499601B (zh) * | 2020-12-15 | 2023-09-19 | 江苏师范大学 | 一种高效制备薄层MXene的方法 |
CN113003576A (zh) * | 2021-02-25 | 2021-06-22 | 邵阳学院 | 一种碳化钒铌纳米片及其制备方法与应用 |
CN112938978A (zh) * | 2021-03-03 | 2021-06-11 | 盐城工学院 | 一种碳化钒纳米片的制备方法 |
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101302107A (zh) * | 2008-05-28 | 2008-11-12 | 哈尔滨工业大学 | 一种压力辅助自蔓延钛铝碳块体材料及其制备方法 |
CN101531530A (zh) * | 2009-04-03 | 2009-09-16 | 红河学院 | 一种制备高性能Ti3AlC2陶瓷粉体的方法 |
CN105732040A (zh) * | 2014-12-10 | 2016-07-06 | 辽宁法库陶瓷工程技术研究中心 | 一种微波自蔓延法制备Ti3AlC2的合成方法 |
-
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101302107A (zh) * | 2008-05-28 | 2008-11-12 | 哈尔滨工业大学 | 一种压力辅助自蔓延钛铝碳块体材料及其制备方法 |
CN101531530A (zh) * | 2009-04-03 | 2009-09-16 | 红河学院 | 一种制备高性能Ti3AlC2陶瓷粉体的方法 |
CN105732040A (zh) * | 2014-12-10 | 2016-07-06 | 辽宁法库陶瓷工程技术研究中心 | 一种微波自蔓延法制备Ti3AlC2的合成方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Intercalation and delamination of layered carbides and carbonitrides;Olha Mashtalir et al.;《nature communications》;20130416;第4卷;1716-6页Methods部分,Supplementary Information Supplementary Methods部分,图S6 * |
Large-scale delamination of multi-layers transition metal carbides and carbonitrides "MXenes";Michael Naguib et al.;《Dalton Transactions》;20151231;第44卷;9354页第2栏Experimental部分 * |
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