CN108328616A - 一种三维MXene的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种三维MXene的制备方法,属于功能材料制备技术领域,在惰性气体保护下,将二维MXene按照质量体积比g︰mL为0.2‑1︰100的比例分散在溶剂中,超声分散30‑90min形成二维MXene分散液,然后进行冷冻,冷冻之后在冷冻干燥机中干燥得到三维MXene;本发明方法操作简单,制备条件温和,绿色无污染,且成本低廉,可解决二维层状MXene制备及应用过程中的片层堆叠问题,制备的三维MXene具有三维的多孔网状结构、高的比表面积。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种三维多孔MXene材料的制备方法,属于功能材料技术领域。
背景技术
三维MXene,是二维MXene通过结构优化得到的一种三维多孔材料,具有三维网状结构、高的孔隙率、高的比表面积,克服了MXene易团聚、堆叠、片层间导电性差的问题。在光电催化、储能、吸附和阻燃等领域具有很好的应用前景。目前其制备方法主要有碱化法和溶剂热法。碱化法制备过程中存在安全问题,因KOH是强碱具有强的腐蚀性。而溶剂热法需加入有机溶剂(乙二胺),对环境易造成污染,且其条件苛刻、制备工艺也较为繁琐,一定程度上限制了其大规模生产应用。
发明内容
针对现有制备方法和二维MXene材料在制备及应用过程中存在的堆叠、团聚问题,本发明的目的在于提供一种三维MXene的制备方法,该制备方法操作简单,条件温和,绿色无污染且成本低廉,适合于大规模的批量生产,制备的MXene具有三维的多孔结构,高的比表面积,可广泛应用于储能、光电催化、阻燃和吸附等领域。
本发明的技术方案可通过以下步骤实现:
在惰性气体保护下,将二维MXene按照质量体积比g︰mL 为0.2-1︰100的比例分散在溶剂中,超声分散30-90min形成二维MXene分散液,然后进行冷冻,冷冻之后在冷冻干燥机中干燥得到三维MXene。
所述惰性气体为氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气或氡气。
所述MXene为Ti3C2、Ti2C、Ti2N、Ti3CN、Ti4N3、Ta2C、Mo2TiC2、Mo2C、Zr3C2、 Hf3C2、Ta4C3、Cr2C、Cr3C2、V2C、V3C2、 Nb2C、Nb4C3或(Ti0.5Nb0.5)2C,可市购得到或者按照现有技术制备得到。
所述溶剂为去离子水或乙醇。
所述超声分散为超声波清洗机分散或超声细胞粉碎机分散。
所述冷冻为快速冷冻,包括液氮冷冻或冰箱冷冻。
所述在冷冻干燥机中干燥是在低于零下30℃干燥60-150h。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
(1)本发明方法操作简单易行,制备条件温和,绿色无污染且成本低廉。
(2)本发明方法制备的MXene具有三维的多孔结构,有利于离子传输和电子的传导,提高了材料的导电性同时还有利于气、液相传质到MXene表面,从而在储能、光电催化、阻燃和吸附等领域具有很好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1制备的三维MXene的X射线衍射图;
图2为实施例1制备的三维MXene的扫描电镜图;
图3为实施例1制备的二维和三维MXene的线性扫描伏安图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明方法作详细说明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种三维Ti3C2的制备方法,在惰性气体氩气保护下,将0.4g的二维Ti3C2粉末置于煮沸过100mL的去离子水中,用细胞粉碎机超声分散30min形成二维Ti3C2分散液,超声分散好的二维Ti3C2分散液倒入之前已通氩气保护30min的盘子中,继续通氩气10min左右,将准备好的液氮浇注于Ti3C2的分散液表面进行瞬间冷冻,冷冻后的物料用锡纸包好扎孔后放置于冷冻干燥机在零下40℃干燥150小时,可得到三维Ti3C2。
本实施例使用的Ti3C2是参考参照Zhang C, Anasori B, Seral‐Ascaso A, etal. Transparent, Flexible, and Conductive 2D Titanium Carbide (MXene) Filmswith High Volumetric Capacitance[J]. Advanced Materials, 2017, 29(36)制备得到。
本实施例所得三维Ti3C2的X射线衍射图及扫描电镜图,分别如图1、图2所示,从图1可以看出,得到的是Ti3C2,从图2可看出三维MXene具有多孔的三维网状结构;图3中二维和三维MXene进行对比可知,三维MXene的起始电位低于二维,所需要的能量较低,越容易反应,电催化效果越好。
实施例2
一种三维Ti2C的制备方法,在惰性气体氩气保护下,将0.6g市购得到的二维Ti2C粉末置于煮沸过100mL的去离子水中,用超声波清洗器进行超声分散60min形成二维Ti2N分散液,超声分散好的二维Ti2C分散液倒入之前已通氩气保护30min的盘子中,继续通氩气10min左右,将准备好的液氮浇注于Ti2C的分散液表面进行瞬间冷冻,冷冻后的物料用锡纸包好扎孔后放置于冷冻干燥机在零下35℃干燥100小时,可得到三维Ti2C。
实施例3
一种三维Mo2C的制备方法,在惰性气体氮气保护下,将1.0g市购得到的二维Mo2C粉末置于除氧气的100mL乙醇中,用超声波清洗器进行超声分散90min形成二维Mo2C分散液,超声分散好的二维Mo2C分散液倒入之前已通氮气保护30min的聚四氟烧杯中,继续通氮气10min左右,将烧杯封口后放入零下80℃冰箱中急速冷冻,冷冻后的物料用锡纸包好扎孔后放置于冷冻干燥机在零下50℃干燥60小时,可得到三维Mo2C。
Claims (7)
1.一种三维MXene的制备方法,其特征在于,具体步骤如下:
在惰性气体保护下,将二维MXene按照质量体积比g︰mL 为0.2-1︰100的比例分散在溶剂中,超声分散30-90min形成二维MXene分散液,然后进行冷冻,冷冻之后在冷冻干燥机中干燥得到三维MXene。
2.根据权利要求1所述三维MXene的制备方法,其特征在于,所述惰性气体为氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气或氡气。
3.根据权利要求1所述三维MXene的制备方法,其特征在于,所述MXene为Ti3C2、Ti2C、Ti2N、Ti3CN、Ti4N3、Ta2C、Mo2TiC2、Mo2C、Zr3C2、 Hf3C2、Ta4C3、Cr2C、Cr3C2、V2C、V3C2、 Nb2C、Nb4C3或(Ti0.5Nb0.5)2C。
4.根据权利要求1所述三维MXene的制备方法,其特征在于,所述溶剂为去离子水或乙醇。
5.根据权利要求1所述三维MXene的制备方法,其特征在于,所述超声分散为超声波清洗机分散或超声细胞粉碎机分散。
6.根据权利要求1所述三维MXene的制备方法,其特征在于,所述冷冻为液氮冷冻或冰箱冷冻。
7.根据权利要求1所述三维MXene的制备方法,其特征在于,所述在冷冻干燥机中干燥是在低于零下30℃干燥60-150h。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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