CN109437177A - 以Cl为表面基团的MXene材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以Cl为表面基团的MXene材料及其制备方法与应用。所述以Cl为表面基团的MXene材料的分子式表示为Mn+1XnCl2，其中M为Sc、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta元素中的任意一种或者两种以上的组合，X为C、N元素中的任意一种或两种的组合，n为1、2、3或4。所述制备方法包括：将前驱体MAX相材料、过渡金属氯化物混合，并于400℃～800℃进行高温反应，之后进行后处理，获得以Cl为表面基团的MXene材料。本发明的制备方法简单易行，环境友好，得到的Cl为表面基团的MXene材料在电化学储能用电极材料、超级电容材料、电磁吸收与屏蔽材料、催化剂等领域有较好的应用。

Description

以Cl为表面基团的MXene材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及二维晶体材料技术领域，具体涉及一种以Cl为表面基团的MXene材料及其制备方法与应用。
背景技术
自石墨烯(graphene)2004年被发现以来，二维材料就因其高比表面积、高纵横比、具有独特的电子结构等性质而受到广泛的关注和研究。2011年，Naguib等人报道了一类名为MXene的新型二维材料。MXene材料是一类层状二维碳/氮化物，通常通过化学蚀刻法抽离其母相材料MAX相(Mn+1AXn，n＝1-3，M为过渡金属，A为IIIA或IVA族元素，X为C或N)中的A层原子层得到。MXene材料由于其丰富的成分结构可调控性、独特的层状结构、高导电率等特性，而在电化学储能用电极材料、超级电容材料、电磁吸收与屏蔽材料、催化剂等领域有较好的应用。
一般来说，MXenes的制备都是通过HF酸溶液刻蚀MAX相实现。HF酸刻蚀掉MAX相的A层原子后，溶液中的-OH、-O和-F等基团会与成键不饱和的MX层单元结合，形成MXene。因此，该方法得到的MXene材料表面基团不可避免由-OH、-O、-F构成，且其成分比例难以控制。众多研究指出表面基团的变化，会引起MXene电子结构的变化，进而对其电学特性、磁学特性等带来深远的影响。理论预测表明表面基团全部由-O或者-Cl构成的MXene材料具有更好的化学稳定性和电子传输特性，其在储能等领域的应用性能要高于表面基团为-F的MXene材料。然而，截止目前为止，目前被合成出来的MXene材料如Ti3C2Tx、Ti2CTx、Zr3C2Tx、Nb2CTx、Ta4C3Tx、V2CTx、Ti4N3Tx、Mo2CTx、Hf3C2Tx等，其表面基团大多由-OH、-O、-F构成，表面基团为其他类型(如-Cl)的MXene材料至今没有报道。
传统HF刻蚀法带来的环境污染以及-F基团，极大的限制的MXene材料的应用前景。因此，开发新型制备方法，得到表面基团类型可控的MXene材料，有助于对MXene材料的众多功能特性进行调节，提升其在现有领域的应用，并有望拓展出新的应用领域。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种以Cl为表面基团的MXene材料及其制备方法，从而克服现有技术中的不足。
本发明的另一目的在于提供前述以Cl为表面基团的MXene材料的应用。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种以Cl为表面基团的MXene材料，所述MXene材料的分子式表示为Mn+1XnCl2，其中M为Sc、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta元素中的任意一种或者两种以上的组合，X为C、N元素中的任意一种或两种的组合，n为1、2、3或4。
在一些实施例中，所述的X可以优选为CxNy，其中x+y＝1。
在一些实施例中，所述的以Cl为表面基团的MXene材料的晶体结构由Mn+1Xn单元以及位于所述Mn+1Xn单元表面的Cl原子构成，其中Cl原子与M原子成键结合。
在一些实施例中，所述的以Cl为表面基团的MXene材料的形态为具有片层结构的粉体，所述片层结构由单层或多层Mn+1XnCl2构成。
进一步地，所述片层结构的横向尺寸为5nm～50μm，单片厚度为0.5～20nm。
本发明实施例还提供了一种以Cl为表面基团的MXene材料的制备方法，其包括：
将前驱体MAX相材料、过渡金属氯化物按1：3～1：10的摩尔比混合，并将所获混合物于惰性气氛中在400℃～800℃进行高温反应1～48h，之后进行后处理，获得以Cl为表面基团的MXene材料；
所述前驱体MAX相材料的分子式表示为Mn+1AXn，其中M为Sc、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta元素中的任意一种或者两种以上的组合，A选自ⅢA或ⅣA族元素，X为C、N元素中的任意一种或两种的组合，n为1、2、3或4。
在一些实施例中，所述前驱体MAX相材料包括Ti3AlC2、Ti3SiC2、Ti2AlC、Ti2AlN、Ti4AlN3、Ti2GaC、V2AlC、V2GaC、Cr2GaN、Cr2AlC、Sc2AlC、Zr2AlC、Zr2SnC、Nb2AlC、Nb4AlC3、Mo2AlC、Mo2GaN、Hf2AlC、Hf2AlN、Ta3AlC2、Ta4AlC3等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步地，所述过渡金属氯化物包括ZnCl2、CuCl2、CoCl2、FeCl2、NiCl2等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步地，所述前驱体MAX相材料为粉体、块体、薄膜中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步地，所述过渡金属氯化物为粉体，且粒度为500nm～1μm。
进一步地，所述的后处理包括：在所述的高温反应结束后，用酸溶液除去反应生成的过渡金属单质，并以去离子水对所获的反应产物进行清洗，之后于40～60℃干燥，获得所述的以Cl为表面基团的MXene材料。
本发明实施例还提供了所述的以Cl为表面基团的MXene材料在制备电化学储能用电极材料、超级电容材料、电磁吸收与屏蔽材料或者催化剂等领域中有较好的用途。
较之现有技术，本发明的优点至少在于：
本发明实施例提供的以Cl为表面基团的MXene材料其化学稳定性和热稳定性优于传统F为表面基团的MXene，其电学性能、介电性能等具有更丰富的可调控空间，并且本发明所提供的制备方法简单易行，环境友好，避免了传统利用氢氟酸刻蚀法制备MXene材料的诸多缺陷，得到的Cl为表面基团的MXene材料在电化学储能用电极材料、超级电容材料、电磁吸收与屏蔽材料、催化剂等领域有较好的应用。
附图说明
图1是本发明实施例1中以Cl为表面基团的Ti3C2Cl2及其前驱体MAX相Ti3AlC2的XRD谱图。
图2a是本发明实施例1中以Cl为表面基团的Ti3C2Cl2的扫描电镜图。
图2b是本发明实施例1中以Cl为表面基团的Ti3C2Cl2的能谱分析图。
图3是本发明实施例1中以Cl为表面基团的Ti3C2Cl2的高分辨透射电镜图。
图4是本发明实施例2中以Cl为表面基团的Ti3C2Cl2的扫描电镜图。
图5是本发明实施例3中以Cl为表面基团的Ti3C2Cl2的扫描电镜图。
图6是本发明实施例4中以Cl为表面基团的Ti2CCl2及其前驱体MAX相Ti3AlC2的XRD谱图。
图7a是本发明实施例4中以Cl为表面基团的Ti2CCl2的扫描电镜图。
图7b是本发明实施例4中以Cl为表面基团的Ti2CCl2的能谱分析图。
图8是本发明实施例4中以Cl为表面基团的Ti2CCl2的高分辨透射电镜图。
图9是本发明实施例5中以Cl为表面基团的Ti3C2Cl2及其前驱体MAX相Ti3AlC2的XRD谱图。
图10是本发明实施例5中以Cl为表面基团的Ti3C2Cl2的扫描电镜图。
图11是本发明实施例6中以Cl为表面基团的Ti3C2Cl2及其前驱体MAX相Ti3SiC2的XRD谱图。
图12是本发明实施例6中以Cl为表面基团的Ti3C2Cl2的扫描电镜图。
图13是本发明实施例7中以Cl为表面基团的V2CCl2及其前驱体MAX相V2AlC的XRD谱图。
图14是本发明实施例7中以Cl为表面基团的V2CCl2的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合若干实施例与附图对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
实施例1
本实施例中，以Cl为表面基团的MXene材料为Ti3C2Cl2，前驱体MAX相为Ti3AlC2，过渡金属氯化物为ZnCl2，这些原料均可以通过市售等途径获取。该Ti3C2Cl2的制备方法如下：
(1)称取粒度为500nm的ZnCl20.15mol，粒度10μm的Ti3AlC2粉0.05mol，将上述材料研磨混合，得到混合产物。
(2)将混合物置于刚玉坩埚内，放入高温管式炉内进行反应。反应条件为：400℃，48小时，氩气保护。待管式炉温度降到室温后，取出坩埚内反应产物。
(3)用去离子水洗涤反应产物：将反应产物放入烧杯中，加入去离子水，搅拌并超声清洗30分钟后静置1小时，倒掉上清液。洗涤反应产物三次后，将其放入40℃的烘箱内，24小时后取出，得到固体产物。
(4)将以上固体产物置于20mL质量分数为10％的稀盐酸中，浸泡2h，除去其中的Zn单质，得到Ti3C2Cl2。
图1前驱体是MAX相为Ti3AlC2，与步骤3和步骤4所得产物的XRD图谱对比。通过对比可以看出：经过步骤3反应后，产物的(104)、(105)、(110)等衍射峰强度明显减弱，说明产物在沿该晶面的有序程度下降；(002)、(004)、(006)等衍射峰明显向低角度偏移，其对应的晶胞参数c值增加至22.10nm，高于Ti3AlC2的c值18.48nm。以上XRD图谱变化与利用HF刻蚀Ti3AlC2制备Ti3C2MXene的变化过程是一致的，说明位于Ti3AlC2层间的Al原子被抽离，且有新的原子嵌入。此外，产物中检测到了明显的Zn单质的衍射峰，这是因为ZnCl2与Ti3AlC2中的Al原子发生化学反应导致，用盐酸浸泡后，Zn单质的衍射峰消失，得到高纯的Ti3C2Cl2MXene。
图2a是步骤4产物Ti3C2Cl2MXene的扫描电镜图片，可以看出其表现出明显的MXene材料所特有的“手风琴”形貌结构，这是因为位于Ti3C2层间的Al原子被抽离，新嵌入的Cl原子引起Ti3C2Cl2层之间的结合减弱，层间距增大，从而表现出多层结构。图2b是对图2a的能谱分析，可以看出其主要元素构成为Ti:C:Cl＝36.3:27.8:24.1，接近3：2：2的比例，此外产物中有少量的O元素，这是产物洗涤过程中引入的。
图3是通过高分辨透射电子显微镜对步骤4产物Ti3C2Cl2的原子排列进行了确认，通过该图可以清晰的看出与Ti3C2层结合的Cl原子，有力的确认了产物是Ti3C2Cl2。
实施例2
本实施例中，以Cl为表面基团的MXene材料为Ti3C2Cl2，前驱体MAX相为Ti3AlC2，过渡金属氯化物为ZnCl2，这些原料均可以通过市售等途径获取。该Ti3C2Cl2的制备方法如下：
(1)称取粒度为800nm的ZnCl20.3mol，粒度10μm的Ti3AlC2粉0.05mol，将上述材料研磨混合，得到混合产物。
(2)将混合物置于刚玉坩埚内，放入高温管式炉内进行反应。反应条件为：600℃，24小时，氩气保护。待管式炉温度降到室温后，取出坩埚内反应产物。
(3)用去离子水洗涤反应产物：将反应产物放入烧杯中，加入去离子水，搅拌并超声清洗30分钟后静置1小时，倒掉上清液。洗涤反应产物三次后，将其放入40℃的烘箱内，24小时后取出，得到固体产物。
(4)将以上固体产物置于20mL质量分数为10％的稀盐酸中，浸泡2h，除去其中的Zn单质，得到Ti3C2Cl2。
图4是步骤4产物Ti3C2Cl2MXene的扫描电镜图片，可以看出其表现出明显的MXene材料所特有的“手风琴”形貌结构，这是因为位于Ti3C2层间的Al原子被抽离，新嵌入的Cl原子引起Ti3C2Cl2层之间的结合减弱，层间距增大，从而表现出多层结构。
实施例3
本实施例中，以Cl为表面基团的MXene材料为Ti3C2Cl2，前驱体MAX相为Ti3AlC2，过渡金属氯化物为ZnCl2，这些原料均可以通过市售等途径获取。该Ti3C2Cl2的制备方法如下：
(1)称取粒度为600nm的ZnCl20.5mol，粒度10μm的Ti3AlC2粉0.05mol，将上述材料研磨混合，得到混合产物。
(2)将混合物置于刚玉坩埚内，放入高温管式炉内进行反应。反应条件为：800℃，1小时，氩气保护。待管式炉温度降到室温后，取出坩埚内反应产物。
(3)用去离子水洗涤反应产物：将反应产物放入烧杯中，加入去离子水，搅拌并超声清洗30分钟后静置1小时，倒掉上清液。洗涤反应产物三次后，将其放入60℃的烘箱内，24小时后取出，得到固体产物。
(4)将以上固体产物置于20mL质量分数为10％的稀盐酸中，浸泡2h，除去其中的Zn单质，得到Ti3C2Cl2。
图5是步骤4产物Ti3C2Cl2MXene的扫描电镜图片，可以看出其表现出明显的MXene材料所特有的“手风琴”形貌结构，这是因为位于Ti3C2层间的Al原子被抽离，新嵌入的Cl原子引起Ti3C2Cl2层之间的结合减弱，层间距增大，从而表现出多层结构。
实施例4
本实施例中，以Cl为表面基团的MXene材料为Ti2CCl2，前驱体MAX相为Ti2AlC，过渡金属氯化物为ZnCl2，这些原料均可以通过市售等途径获取。该Ti2CCl2的制备方法如下：
(1)称取粒度为1μm的ZnCl20.5mol，粒度10μm的Ti2AlC粉0.05mol，将上述材料研磨混合，得到混合产物。
(2)将混合物置于刚玉坩埚内，放入高温管式炉内进行反应。反应条件为：550℃，3小时，氩气保护。待管式炉温度降到室温后，取出坩埚内反应产物。
(3)用去离子水洗涤反应产物：将反应产物放入烧杯中，加入去离子水，搅拌并超声清洗30分钟后静置1小时，倒掉上清液。洗涤反应产物三次后，将其放入40℃的烘箱内，24小时后取出，得到固体产物。
(4)将以上固体产物置于20mL质量分数为5％的稀盐酸中，浸泡2h，除去其中的Zn单质，得到Ti2CCl2。
图6前驱体是MAX相为Ti2AlC，与步骤3和步骤4所得产物的XRD图谱对比。通过对比可以看出：经过步骤3反应后，产物的(103)、(106)、(110)等衍射峰强度明显减弱，说明产物在沿该晶面的有序程度下降；(002)、(004)、(006)等衍射峰明显向低角度偏移，其对应的晶胞参数c值增加至17.24nm，高于Ti2AlC的c值13.52nm。以上XRD图谱变化说明位于Ti2AlC层间的Al原子被抽离，且有新的原子嵌入。此外，产物中检测到了明显的Zn单质的衍射峰，这是因为ZnCl2与Ti2AlC中的Al原子发生化学反应导致，用盐酸浸泡后，Zn单质的衍射峰消失，得到Ti2CCl2MXene。另外产物中伴随少量的TiC杂质，这是前驱体Ti2AlC中就存在的。
图7a是步骤4产物Ti2CCl2MXene的扫描电镜图片，可以看出其表现出明显的MXene材料所特有的“手风琴”形貌结构，这是因为位于Ti2C层间的Al原子被抽离，新嵌入的Cl原子引起Ti2CCl2层之间的结合减弱，层间距增大，从而表现出多层结构。图7b是对图7a的能谱分析，可以看出其主要元素构成为Ti:C:Cl＝31.3:23.8:33.7，接近2：1：2的比例，此外产物中有少量的O元素，这是产物洗涤过程中引入的。
图8是通过高分辨透射电子显微镜对步骤4产物Ti2CCl2的原子排列进行了确认，通过该图可以清晰的看出与Ti2C层结合的Cl原子，确认了产物是Ti2CCl2。
实施例5
本实施例中，以Cl为表面基团的MXene材料为Ti3C2Cl2，前驱体MAX相为Ti3AlC2，过渡金属氯化物为FeCl2，这些原料均可以通过市售等途径获取。该Ti3C2Cl2的制备方法如下：
(1)称取粒度为700nm的FeCl20.3mol，粒度10μm的Ti3AlC2粉0.05mol，将上述材料研磨混合，得到混合产物。
(2)将混合物置于刚玉坩埚内，放入高温管式炉内进行反应。反应条件为：650℃，5小时，氩气保护。待管式炉温度降到室温后，取出坩埚内反应产物。
(3)用去离子水洗涤反应产物：将反应产物放入烧杯中，加入去离子水，搅拌并超声清洗30分钟后静置1小时，倒掉上清液。洗涤反应产物三次后，将其放入50℃的烘箱内，24小时后取出，得到固体产物。
(4)将以上固体产物置于20mL质量分数为10％的稀盐酸中，浸泡10h，除去其中的Fe单质，得到Ti3C2Cl2。
图9前驱体是MAX相为Ti3AlC2，与步骤3和步骤4所得产物的XRD图谱对比。通过对比可以看出：经过步骤3反应后，产物的(104)、(105)、(110)等衍射峰强度明显减弱，说明产物在沿该晶面的有序程度下降；(002)、(004)、(006)等衍射峰明显向低角度偏移。以上XRD图谱变化说明位于Ti3AlC2层间的Al原子被抽离，且有新的原子嵌入。此外，产物中检测到了明显的Fe单质的衍射峰，这是因为FeCl2与Ti3AlC2中的Al原子发生化学反应导致，用盐酸浸泡后，Fe单质的衍射峰消失，得到高纯的Ti3C2Cl2MXene。
图10是步骤4产物Ti3C2Cl2MXene的扫描电镜图片，可以看出其表现出明显的MXene材料所特有的“手风琴”形貌结构，这是因为位于Ti3C2层间的Al原子被抽离，新嵌入的Cl原子引起Ti3C2Cl2层之间的结合减弱，层间距增大，从而表现出多层结构。
实施例6
本实施例中，以Cl为表面基团的MXene材料为Ti3C2Cl2，前驱体MAX相为Ti3SiC2，过渡金属氯化物为CuCl2，这些原料均可以通过市售等途径获取。该Ti3C2Cl2的制备方法如下：
(1)称取CuCl20.3mol，粒度10μm的Ti3AlC2粉0.5mol，将上述材料研磨混合，得到混合产物。
(2)将混合物置于刚玉坩埚内，放入高温管式炉内进行反应。反应条件为：750℃，6小时，氩气保护。待管式炉温度降到室温后，取出坩埚内反应产物。
(3)用去离子水洗涤反应产物：将反应产物放入烧杯中，加入去离子水，搅拌并超声清洗30分钟后静置1小时，倒掉上清液。洗涤反应产物三次后，将其放入40℃的烘箱内，24小时后取出，得到固体产物。
(4)将以上固体产物置于20mL质量分数为10％的稀硝酸中，浸泡10h，除去其中的Cu单质，得到Ti3C2Cl2。
图11前驱体是MAX相为Ti3SiC2，与步骤3和步骤4所得产物的XRD图谱对比。通过对比可以看出：经过步骤3反应后，产物的(104)、(105)、(110)等衍射峰强度明显减弱，说明产物在沿该晶面的有序程度下降；(002)、(004)、(006)等衍射峰明显向低角度偏移。以上XRD图谱变化说明位于Ti3SiC2层间的Si原子被抽离，且有新的原子嵌入。此外，产物中检测到了明显的Cu单质的衍射峰，这是因为CuCl2与Ti3SiC2中的Al原子发生化学反应导致，用硝酸浸泡后，Cu单质的衍射峰消失，得到高纯的Ti3C2Cl2MXene。
图12是步骤4产物Ti3C2Cl2MXene的扫描电镜图片，可以看出其表现出明显的MXene材料所特有的“手风琴”形貌结构，这是因为位于Ti3C2层间的Si原子被抽离，新嵌入的Cl原子引起Ti3C2Cl2层之间的结合减弱，层间距增大，从而表现出多层结构。
实施例7
本实施例中，以Cl为表面基团的MXene材料为V2CCl2，前驱体MAX相为V2AlC，过渡金属氯化物为CuCl2，这些原料均可以通过市售等途径获取。该V2CCl2的制备方法如下：
(1)称取粒度为1μm的CuCl20.5mol，粒度10μm的V2AlC粉0.05mol，将上述材料研磨混合，得到混合产物。
(2)将混合物置于刚玉坩埚内，放入高温管式炉内进行反应。反应条件为：750℃，12小时，氩气保护。待管式炉温度降到室温后，取出坩埚内反应产物。
(3)用去离子水洗涤反应产物：将反应产物放入烧杯中，加入去离子水，搅拌并超声清洗30分钟后静置1小时，倒掉上清液。洗涤反应产物三次后，将其放入40℃的烘箱内，24小时后取出，得到固体产物。
(4)将以上固体产物置于20mL质量分数为5％的稀盐酸中，浸泡2h，除去其中的Zn单质，得到Ti2CCl2。
图13前驱体是MAX相为V2AlC和步骤4所得产物的XRD图谱对比。通过对比可以看出：经过步骤3反应后，产物的(103)、(106)、(110)等衍射峰强度明显减弱，说明产物在沿该晶面的有序程度下降；且(103)、(002)等衍射峰明显向低角度偏移，其对应的晶面间距增加。以上XRD图谱变化是由于位于V2AlC层间的Al原子被抽离，Cl原子嵌入导致的晶胞参数增大所引起的。此外，值得注意的是，反应产物中有部分V2AlC残留，这是因此V2AlC中V-Al键结合较强，Al原子不容易被彻底抽离所导致的。
图14是步骤4产物V2CCl2MXene的扫描电镜图片，可以看出其表现出明显的MXene材料所特有的“手风琴”形貌结构，这是因为位于V2AlC层间的Al原子被抽离，新嵌入的Cl原子引起V2CCl2层之间的结合减弱，层间距增大，从而表现出多层结构。
此外，本案发明人还以本说明书述及的其它原料及工艺条件替代前述实施例1-7中的相应原料及工艺条件进行了相关实验，结果均显示，可以获得以Cl为表面基团的MXene材料。
综述之，较之现有材料，本发明前述实施例提供的以Cl为表面基团的MXene材料的制备方法简单易行，环境友好，避免了传统利用氢氟酸刻蚀法制备MXene材料的诸多缺陷，得到的Cl为表面基团的MXene材料在电化学储能用电极材料、超级电容材料、电磁吸收与屏蔽材料、催化剂等领域有较好的应用。
应当理解，以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种以Cl为表面基团的MXene材料，其特征在于：所述MXene材料的分子式表示为Mn+ 1XnCl2，其中M为Sc、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta元素中的任意一种或者两种以上的组合，X为C、N元素中的任意一种或两种的组合，n为1、2、3或4。
2.根据权利要求1所述的以Cl为表面基团的MXene材料，其特征在于：所述的X为CxNy，其中x+y＝1。
3.根据权利要求1所述的以Cl为表面基团的MXene材料，其特征在于：所述的以Cl为表面基团的MXene材料的晶体结构由Mn+1Xn单元以及位于所述Mn+1Xn单元表面的Cl原子构成，其中Cl原子与M原子成键结合。
4.根据权利要求1所述的以Cl为表面基团的MXene材料，其特征在于：所述的以Cl为表面基团的MXene材料的形态为具有片层结构的粉体，所述片层结构由单层或多层M n+1XnCl2构成；优选的，所述片层结构的横向尺寸为5nm～50μm，单片厚度为0.5～20nm。
5.权利要求1-4中任一项所述的以Cl为表面基团的MXene材料的制备方法，其特征在于包括：
将前驱体MAX相材料、过渡金属氯化物按1：3～1：10的摩尔比混合，并将所获混合物于惰性气氛中在400℃～800℃进行高温反应1～48h，之后进行后处理，获得以Cl为表面基团的MXene材料；
所述前驱体MAX相材料的分子式表示为Mn+1AXn，其中M为Sc、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta元素中的任意一种或者两种以上的组合，A选自ⅢA或ⅣA族元素，X为C、N元素中的任意一种或两种的组合，n为1、2、3或4。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述前驱体MAX相材料包括Ti3AlC2、Ti3SiC2、Ti2AlC、Ti2AlN、Ti4AlN3、Ti2GaC、V2AlC、V2GaC、Cr2GaN、Cr2AlC、Sc2AlC、Zr2AlC、Zr2SnC、Nb2AlC、Nb4AlC3、Mo2AlC、Mo2GaN、Hf2AlC、Hf2AlN、Ta3AlC2、Ta4AlC3中的任意一种或两种以上的组合。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述过渡金属氯化物包括ZnCl2、CuCl2、CoCl2、FeCl2、NiCl2中的任意一种或两种以上的组合。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述前驱体MAX相材料为粉体、块体、薄膜中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述过渡金属氯化物为粉体，且粒度为500nm～1μm。
9.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的后处理包括：在所述的高温反应结束后，用酸溶液除去反应生成的过渡金属单质，并以去离子水对所获的反应产物进行清洗，之后于40～60℃干燥，获得所述以Cl为表面基团的MXene材料。
10.权利要求1-4中任一项所述的以Cl为表面基团的MXene材料在制备电化学储能用电极材料、超级电容材料、电磁吸收与屏蔽材料或者催化剂中的用途。
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