CN113562764A - 基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料，所述纳米复合材料以纳米花状的VS2作为负载物，二维状的Ti3C2纳米片作为基质材料，形成稳定三维空间结构；所述二维状的Ti3C2纳米片为片径约1.0～2.0um，厚度约50～100nm的纳米薄片，所述纳米花状的VS2均匀生长在二维状的Ti3C2纳米片上，形成稳定搭载结构。本发明还公开了所述纳米复合材料的制备方法，所述制备方法可行性高，制备流程简单，可重复性高。本发明还提供了所述纳米复合材料在光热海水淡化方面的应用，所述太阳能光热转换材料层具有稳定性好，光吸收表面积大，热效率高，抗盐分积累等优点。

Description

基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料及其制备方法和 应用
技术领域
本发明属于过渡金属硫化物、过渡金属碳化物与太阳能光热海水淡化领域，具体涉及一种基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料，其制备方法及其在太阳能光热海水淡化方面中的应用。
背景技术
Ti3C2是一种新型的过渡金属碳化物，其结构是由三层Ti原子中间夹两层C原子构成的二维层状结构，其物理化学性质稳定、表面化学官能团丰富、亲水性好，在锂电池、能量存储、能量转化等领域表现出良好的应用潜力。由于Ti3C2具有出色的亲水性和可见光吸收能力，它也是一种良好的光热转换材料，其广阔的表面能对太阳光中的可见波段进行高效的吸收。但是由于Ti3C2是表面平整的二维纳米片结构，受到菲涅尔效应的影响会对红外波段的光产生强烈的反射作用，从而降低其对太阳光全波段的吸收比例。此外，纯的Ti3C2纳米材料本身难以形成稳定的空间结构，较低的孔隙率限制了其在光热转换方面的应用。因此，必须构建一种稳定存在的Ti3C2空间形貌结构，增大结构孔隙率并改善材料对红外光波段的吸收率，这是Ti3C2在太阳能光热转换领域亟待解决的问题。
过渡金属硫化物材料VS2是廉价、稳定、易于制备的纳米材料，已经被广泛用于半导体等复合材料中。近来，多种基于过渡金属硫化物的纳米复合结构体系已经引起众多研究学者的关注，但现有技术中尚未有基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的太阳能光热转换材料层的研究与应用。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种具有优异太阳能光热转换性能的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料，所述复合材料应用于太阳能光热海水淡化时，具有优秀的稳定性与光热效率。
本发明提供了一种基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料，所述复合材料以纳米花状的VS2作为负载物，二维状的Ti3C2纳米片作为基质材料，形成稳定三维空间结构。
其中，所述纳米花状的VS2均匀生长在所述二维状的Ti3C2纳米片表面，形成所述基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料。
其中，所述Ti3C2纳米片与所述纳米花状VS2既实现了稳定的界面接触生长，又在空间上保持各自物化性能的独立。
其中，所述二维状的Ti3C2纳米片表面经过改性呈现亲水性，所述官能团包括氧基、羧基和氟基；所述纳米花状的VS2为六方晶系。
其中，所述二维状的Ti3C2纳米片为片径约1.0～2.0um，厚度约50～100nm分散的薄纳米片；优选地，所述二维状的Ti3C2纳米片为片径约2.0um，厚度约50nm分散的薄纳米片。
其中，所述纳米花状的VS2单片长度约150～200nm，互相成10～30°角度的交叉组合形成花状，形成稳定三维结构；优选地，所述纳米花状的VS2单片长度约200nm。
其中，所述纳米花状的VS2为自组装生长形态。
与现有技术中类似本发明所述的纳米复合材料相比，本发明所述的纳米复合材料具有制备流程简单、材料稳定性高、可大批量制备的特点，在应用于太阳能光热时具有更高的热效率与机械稳定性。在1太阳光强度下经过24小时光热过程后，本发明所述的纳米复合材料的微观形貌无明显变化，证明该材料具有优秀的稳定性。与传统基于碳材料的复合材料热效率(60～70％)相比，本发明所述的纳米复合材料热效率可稳定提高至80％以上。在海水环境中经过24小时的浸泡，本发明所述的纳米复合材料结构无变化，完整性强，证明该材料具有优秀的机械稳定性。
本发明还提供了一种基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤(1)、使用液相刻蚀法制备二维状的Ti3C2纳米片粉末；
其中，使用液相刻蚀法制备二维状的Ti3C2纳米片粉末的方法是现有技术公知的。
步骤(2)、使用水热合成法，向上述步骤(1)制备的二维状的Ti3C2纳米片粉末加入原钒酸钠和硫代乙酰胺，在180～185℃下反应20小时，结束后收集沉淀物；
所述Ti3C2纳米片粉末、原钒酸钠、硫代乙酰胺的质量比为(4～5):(4.5～5.5):(12～12.5)；优选地，为4:5:12；
所述原钒酸钠还可以用偏钒酸钠替代。
所述硫代乙酰胺还可以用硫脲或硫化氢饱和水溶液替代。
步骤(3)、将步骤(2)中获得的沉淀物进行退火处理，得到外观呈黑色的粉末状花状VS2@Ti3C2纳米复合材料；
所述退火的温度为195～205℃；所述退火的时间为2.5-3.5小时；优选地，所述退火的温度为200℃，所述退火的时间为3小时。
所述方法优选在在Ar气保护下进行。
所述方法优选在管式气氛炉中进行退火处理。
具体地，所述基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤(1)、使用液相刻蚀法制备二维状的Ti3C2纳米片粉末：将1.0g 200目Ti3AlC2粉末缓慢加入60ml体积分数为40％的氢氟酸水溶液中，充分搅拌超过60分钟后，将混合溶液加入100mL的反应釜中密封，在60℃下水浴加热24小时，反应结束后冷却至室温，收集反应釜底黑色沉淀物，先后使用无水乙醇和去离子水反复洗净，至上清液完全澄清，过滤后将样品置于真空干燥箱中70℃干燥12小时后取出，得到黑色粉末，即为二维状的Ti3C2纳米片粉末材料；
步骤(2)、使用水热合成法，取上述步骤(1)制备的二维状的Ti3C2纳米片粉末材料0.4g，加入50ml去离子水制成悬浮液，再加入0.5g原钒酸钠和1.2g硫代乙酰胺，搅拌5分钟后加入酒石酸调节pH为6，将该溶液转移至100ml反应釜中密封，在185℃下反应20h，待反应釜自然冷却至室温后，收集、清洗并烘干下层沉淀；
步骤(3)、在Ar气保护下，将步骤(2)中获得的沉淀物转移至管式气氛炉中进行退火处理，得到外观呈黑色的粉末状花状VS2@Ti3C2纳米复合材料，所述复合材料为黑色粉末状，退火的温度为200℃，退火的时间为2.5～3.5小时。
本发明还提供了由上述方法制备得到的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料。
本发明还提供了所述基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料在太阳能光热海水淡化中的应用。
本发明还提供了一种基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的太阳能光热转换材料层，所述太阳能光热转换材料层包括：绝热层、海水输送层、过滤层、光热材料层。
其中，所述太阳能光热转换材料层中以聚乙烯塑料为绝热层，以聚氨酯海绵为海水输送层，以聚偏氟乙烯滤膜为过滤层，以上述基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料为光热材料层。
其中，聚偏氟乙烯滤膜和粉末状花状VS2@Ti3C2纳米复合材料沉淀物共同组成了光热吸收层，所述光热吸收层的厚度为0.2mm～0.3mm，所述海水输送层材料厚度约为3～4cm，所述绝热层的厚度为1.0-1.2cm；优选地，所述光热吸收层材料的厚度为0.3mm，所述海水输送层材料的厚度为4cm，所述绝热层的厚度为1.2cm。
其中，所述基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的光热材料层包括二维状Ti3C2纳米片以及均匀生长在纳米片的表面上的纳米花状VS2。即，所述纳米花状复合材料是以二维状Ti3C2纳米片为基质材料，纳米花状VS2均匀生长在Ti3C2纳米片表面上，形成稳定纳米复合结构。将所述基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料溶解于异丙醇和无水乙醇的体积比为1：1的混合液中，使用抽滤法负载到聚偏氟乙烯滤膜上，即形成所述基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的光热吸收层。
本发明还提供了一种基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的太阳能光热转换材料层的制备方法，所述太阳能光热转换材料层为基于提高太阳能吸收率的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料为光热材料，所述方法包括如下步骤：
步骤(1)、使用液相刻蚀法制备二维状的Ti3C2纳米片粉末；
步骤(2)、使用水热合成法，向上述步骤(1)制备的二维状的Ti3C2纳米片粉末加入原钒酸钠和硫代乙酰胺，配制成溶液，在180～185℃下反应20小时，结束后收集沉淀物；
所述Ti3C2纳米片粉末、原钒酸钠、硫代乙酰胺的质量比为(4～5):(4.5～5.5):(12～12.5)；优选地，为4:5:12。
步骤(3)、将步骤(2)中获得的沉淀物进行退火处理，得到外观呈黑色的粉末状花状VS2@Ti3C2纳米复合材料，所述复合材料为黑色粉末状；
所述退火的温度为195～205℃；优选地，所述退火的温度为200℃。
所述退火的时间为2.5-3.5小时；优选地，所述退火的时间为3小时。
所述方法优选在在Ar气保护下进行。
所述方法优选在管式气氛炉中进行退火处理。
步骤(4)、将步骤(3)中获得的粉末花状VS2@Ti3C2纳米复合材料溶解到异丙醇和无水乙醇的混合溶液中，充分搅拌后使用抽滤法将花状VS2@Ti3C2纳米复合材料负载到偏聚氟乙烯滤膜的表面，形成光热吸收层，随后在70～80℃下烘干12小时。
所述异丙醇与无水乙醇的混合液，混合体积比例为1:1。
优选地，在80℃下烘干12小时。
进一步地，所述基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的太阳能光热转换材料层的制备方法，还可以包括步骤(5)，所述步骤(5)为：将聚乙烯塑料绝热层，聚氨酯海绵海水输送层与上述方法步骤(4)中获得的光热吸收层进行自下而上的组装的步骤(5)。
步骤(5)中，所述光热吸收层材料的厚度约为0.2mm～0.3mm，优选地，为0.3mm；海水输送层材料厚度约为3～4cm，优选地，为4cm；所述绝热层的厚度为1.0-1.2cm，优选地，为1.2cm。
本发明提供了一种简便可行的增大红外光吸收比例和光热效率的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的太阳能光热转换材料层的制备方法，从而解决现有光热技术中Ti3C2纳米材料在光热海水淡化应用上遇到的问题。本发明中，所述二维层状Ti3C2与纳米花状VS2形成稳定结构，使纳米花状VS2在水热环境中稳定地附着生长在二维层状Ti3C2表面上。
本发明新型太阳能光热转换材料层包含以聚乙烯塑料为绝热层，以聚氨酯海绵为海水输送层，以聚偏氟乙烯为过滤层，以基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料为光热材料层。纳米花状VS2均匀生长在Ti3C2纳米片表面上，形成稳定纳米复合结构。其制备方法是液相刻蚀法制备二维层状Ti3C2，水热方法将纳米花状VS2生长在二维层状Ti3C2表面，低温退火以提高复合材料的结晶性。光热吸收层采用抽滤法将花状VS2@Ti3C2纳米复合材料负载在亲水性的聚偏氟乙烯滤膜上。
本发明提供简易的增大红外光吸收比例和光热效率的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的太阳能光吸收材料层的制备方法，从而解决现有的在技术方面Ti3C2纳米材料作为光热转换材料时稳定性差，光热效率低的问题。本发明制备方法简便，生产成本低，可重复性高，适用于未来大规模工业生产。
本发明在纳米复合材料、制备方法及其在光热海水淡化上均具有突出的优点。本发明的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料是以二维状Ti3C2纳米片为基质材料，纳米花状VS2均匀生长在Ti3C2纳米片表面上，为首次成功合成，材料结构新颖性强。除了Ti3C2纳米片本身对可见光的高效吸收外，负载生长的VS2纳米花对近红外波段的太阳光也产生了强烈的吸收，所述基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料多孔隙的三维结构也实现了对入射光的多级吸收，从而极大地提升了复合材料在光热海水淡化方面的应用效果。本发明提供的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料，在国际上尚属首次报道，在太阳能光热海水淡化应用领域具有极为优秀的应用前景。
在纳米复合结构方面，相对于现有制备技术，本发明突出的特点包括：首次成功制备了基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料；制备所需设备简单，一般生产条件均可达到要求；不需要复杂的实验操作，制备流程高度简化；成本低廉，材料制备可重复性好，便于工业大批量制备。
在太阳能光热海水淡化应用性能方面，相对于现有技术的纯Ti3C2纳米材料，本发明基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料在太阳能海水淡化光热转换材料应用上得到显著增强，在经过24小时的持续工作测试后，循环稳定性和光热效率提高10％以上，与纯Ti3C2材料相比抗盐分累积能力得到10倍提升。
本发明的有益效果还包括：基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料是是以二维状Ti3C2纳米片为基质材料，纳米花状VS2均匀生长在Ti3C2纳米片表面上而构成，复合材料的形貌结构具有自支撑稳定性，不易被破坏多孔结构，从而提升了长期稳定光热转换的能力；复合材料表面负载生长的VS2纳米花能有效的扩大表面积，为太阳光的吸收提供更大的面积；纳米花状的复合材料具有更大的孔隙率，能够实现太阳光的多级反射吸收，提高近红外波段的吸收比例。可见，本发明基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料及其太阳能海水淡化光热转换材料的应用，为当太阳能光热海水淡化领域提供了良好应用前景，是一种极具潜在利用价值的Ti3C2纳米复合改性材料。
附图说明
图1为本发明基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的X射线衍射图。
图2为本发明基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的SEM图。
图3为本发明基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的局部结构SEM图。
图4为本发明基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的低倍像TEM图。
图5为本发明基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的高倍像TEM图。
图6为本发明基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的太阳能光吸收材料层的组装与结构示意图。
图7为本发明基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料在1太阳强度下的升温速率图。
图8为本发明基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料在不同光照强度下的蒸汽生成速率图。
具体实施方式
结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的保护内容不局限于以下实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。实施本发明的过程、条件、试剂、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
实施例1制备基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料
制备的具体步骤如下：
(1)将1.0g 200目Ti3AlC2粉末充分研磨，缓慢加入60ml体积分数为40％的氢氟酸水溶液，并充分搅拌。
(2)将上述溶液转移到100ml的反应釜中，密封，之后放入烘箱在60℃下水浴加热24小时，反应结束冷却至室温。
(3)取出反应釜中下层黑色沉淀，用无水乙醇和去离子水反复冲洗干净，70℃下烘干。
(4)取0.4g上述黑色粉末，加入50ml去离子水制成悬浮液，加入0.5g原钒酸钠和1.2g硫代乙酰胺，搅拌5分钟后加入酒石酸调节溶液pH为6。
(5)将上述溶液转移至反应釜，密封，在烘箱中在185℃下反应20小时，反应结束后自然冷却至室温。
(6)将上清液过滤掉，收集底层纯净的样品，放在真空烘箱中60℃干燥5小时后取出，得到黑色粉末。
(7)将上述灰黑色粉末转移至管式气氛炉内，在200℃氩气保护的氛围中退火3小时，得到纯净的黑色粉末，此样品为基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料。
实施例2制备过生长的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料
制备的具体步骤如下：
(1)将1.0g 200目Ti3AlC2粉末充分研磨，缓慢加入60ml体积分数为40％的氢氟酸水溶液，并充分搅拌。
(2)将上述溶液转移到100ml的反应釜中，密封，之后放入烘箱在60℃下水浴加热24小时，反应结束冷却至室温。
(3)取出反应釜中下层黑色沉淀，用无水乙醇和去离子水反复冲洗干净，70℃下烘干。
(4)取0.4g上述黑色粉末，加入50ml去离子水制成悬浮液，加入0.55g原钒酸钠和1.25g硫代乙酰胺，搅拌5分钟后加入酒石酸调节溶液pH为6。
(5)将上述溶液转移至反应釜，密封，在烘箱中在200℃下反应20小时，反应结束后自然冷却至室温。
(6)将上清液过滤掉，收集底层纯净的样品，放在真空烘箱中60℃干燥5小时后取出，得到黑色粉末。
(7)将上述灰黑色粉末转移至管式气氛炉内，在200℃氩气保护的氛围中退火3小时，得到纯净的黑色粉末，此样品为过生长的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料。
实施例3本发明基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料作为太阳能光热转换材料层的性能测试
本发明实施例1制备得到的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料，由于复合材料的形貌结构具有自支撑稳定性，不易被破坏多孔结构，且具有更大的孔隙率和比表面积，能够实现太阳光的多级反射吸收，提高近红外波段的吸收比例，使其在在太阳能海水淡化光热转换材料应用性能方面具有显著优势。本发明基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料作为太阳能光热转换材料层的性能测试，包括具体以下步骤：
(1)取0.5g本发明实施例1所述制备的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料，加入等体积配比的异丙醇与无水乙醇的混合溶液，充分搅拌形成黑色浆料。
(2)将上述黑色浆料负载在厚度为0.2mm的聚偏氟乙烯滤膜上，抽滤，置于真空干燥箱中60℃干燥12小时后取出。
(3)将厚度为4cm的聚氨酯海绵通过机械组装的方式包裹在聚乙烯塑料的外表面。
(4)取步骤(2)所得负载有基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的聚偏氟乙烯滤膜，将其组装到聚氨酯海绵的表面，光热材料层向上。
(5)将组装好的器件置于室温下放置24小时后进行测试。
(6)使用泊菲莱CHF-XM500氙灯对不同强度的太阳光强度进行模拟，使用先驰ST-530太阳能光功率计测量材料表面的太阳光功率。
(7)使用手持式红外温度探测仪对经过不同时间太阳光照射后的材料表面温度进行测量，使用电子天平对蒸汽的生成量进行记录。
本发明综合使用液相刻蚀法、水热制备法、材料表面改性和微观形貌调控等技术手段，有效构筑了具有独特三维结构的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料。所述复合材料有效的解决了Ti3C2纯材料对太阳光中的红外部分吸收率低的问题，通过微孔隙结构的设计构筑和高红外吸收率负载物的生长，协同改善复合材料的全太阳光吸收能力，使任何波长的太阳光均能在复合材料中产生多次反射吸收，从而有效提高复合材料的光热性能。试验结果表明，本发明实施例制备的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料与纯Ti3C2纳米材料在作为太阳能光吸收材料方面，本发明纳米复合材料在太阳光照射下稳态温度可达57℃，而纯Ti3C2纳米材料仅可达到52℃，说明太阳能光吸收材料层方面性能的显著提升，显示出本发明基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料在太阳能光热转换材料层方面性能的显著提升。此外，本发明纳米复合材料的海水光热蒸发速率(1.14kgm-2h-1)与纯Ti3C2纳米材料(0.706kgm-2h-1)相比，也有了显著的提高，证明本发明太阳能光吸收材料层的有效改进。本发明基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料在用作太阳能光热转换材料层方面性能显著提高的原因是：基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料是是以二维状Ti3C2纳米片为基质材料，纳米花状VS2均匀生长在Ti3C2纳米片表面上而构成，复合材料的形貌结构具有自支撑稳定性，不易被破坏多孔结构，从而提升了长期稳定光热转换的能力；复合材料表面负载生长的VS2纳米花能有效的扩大表面积，为太阳光的吸收提供更大的面积；纳米花状的复合材料具有更大的孔隙率，能够实现太阳光的多级反射吸收，提高近红外波段的吸收比例。
本发明中，所述用于制备的原料全部均为分析纯，可直接使用。
如图1所示的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的X射线衍射图，可见在具有两种半导体材料的复合材料衍射峰中，同时存在六方晶系的VS2(JCPDS 89-1640)，以及Ti3C2的标志性主峰，而没有其他明显的杂质出现，说明本发明复合结构中无其它杂质存在。
图2和图3所示的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的SEM照片，其包括二维状的Ti3C2纳米片和VS2纳米花；其中，所述的纳米花状VS2均匀生长在Ti3C2纳米片表面上，复合材料的形貌结构具有自支撑稳定性。
如图4和图5所示的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的TEM低倍图像和高倍图像，清晰地分别表征了两种材料。VS2纳米花是由许多VS2纳米长片交叉组装而成，而二维状Ti3C2表面被大量亲水性化学官能团覆盖，无明显的晶格结构。
如图6所示的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的太阳能光吸收材料层的组装与结构示意图，展示了基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的太阳能光吸收材料层的自下而上的组装结构，分别为绝热层(聚乙烯塑料)、海水输运层(聚氨酯海绵)、过滤层(聚偏氟乙烯滤膜)，以及光热材料层(基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料)。
如图7所示的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料在太阳强度下的升温速率图，其中，上部曲线表示本发明复合材料在太阳强度下的升温情况，相比于纯Ti3C2材料和海水，本发明复合材料能够在更短的时间内(约4分钟)达到更高的稳态温度(57℃)，表明本发明复合材料具有更优秀的太阳能吸收性能和更快的光热转换速率。
如图8所示的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料在不同光照强度下的蒸汽生成速率图。其中，最上层曲线为单一海水的光热海水蒸汽产生的表现，其余三条曲线分别为复合材料在1、3和5太阳强度下的蒸汽产生的表现，其中1太阳强度＝1000w/m2，各光照强度下的蒸汽生成速率分别为1.14、3.30和6.14kg m-2h-1，与目前应用最为广泛的基于碳材料光热海水淡化器件相比，复合材料具有更优秀的海水蒸汽生成速率，证明复合材料具有更优异的光热效率。
本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (12)

1.一种基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料，其特征在于，所述纳米复合材料以纳米花状的VS2作为负载物，二维状的Ti3C2纳米片作为基质材料，形成稳定三维空间结构。
2.如权利要求1所述的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料，其特征在于，所述二维状的Ti3C2纳米片表面经过官能团改性，呈现亲水性；所述纳米花状的VS2为六方晶系。
3.如权利要求1所述的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料，其特征在于，所述二维状的Ti3C2纳米片为片径为1.0～2.0um，厚度为50～100nm分散的薄纳米片；所述纳米花状的VS2单片长度为150～200nm，互相成10～30°角度的交叉组合形成花状，形成稳定三维结构。
4.如权利要求1所述的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料，其特征在于，所述纳米花状的VS2为自组装生长形态。
5.一种基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)、使用液相刻蚀法制备二维状的Ti3C2纳米片粉末；
步骤(2)、使用水热合成法，向上述步骤(1)制备的二维状的Ti3C2纳米片粉末中加入原钒酸钠和硫代乙酰胺，在180～185℃下反应20小时，结束后收集沉淀物；
步骤(3)、将所述步骤(2)中获得的沉淀物进行退火处理，得到外观呈黑色的粉末状花状VS2@Ti3C2纳米复合材料。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述Ti3C2纳米片粉末、原钒酸钠、硫代乙酰胺的质量比为(4～5):(4.5～5.5):(12～12.5)；
和/或，步骤(3)中，所述退火的温度为195～205℃；所述退火的时间为2.5～3.5小时。
7.如权利要求5或6所述方法制备得到的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料。
8.如权利要求1或7所述的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料在太阳能光热海水淡化中的应用。
9.一种基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的太阳能光热转换材料层，其特征在于，所述太阳能光热转换材料层结构包括：绝热层、海水输送层、过滤层、光热材料层；所述结构以聚乙烯塑料为绝热层，以聚氨酯海绵为海水输送层，以聚偏氟乙烯滤膜为过滤层，以如权利要求1或7所述的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料为光热材料层。
10.一种基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的太阳能光热转换材料层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)、使用液相刻蚀法制备二维状的Ti3C2纳米片粉末；
步骤(2)、使用水热合成法，向上述步骤(1)制备的二维状的Ti3C2纳米片粉末加入原钒酸钠和硫代乙酰胺，在180～185℃下反应20小时，结束后收集沉淀物；
步骤(3)、将步骤(2)中获得的沉淀物进行退火处理，得到外观呈黑色的粉末状花状VS2@Ti3C2纳米复合材料；
步骤(4)、将步骤(3)中获得的粉末状花状VS2@Ti3C2纳米复合材料置于异丙醇和无水乙醇的混合溶液中超声分散，使用抽滤法将沉淀物转移到聚偏氟乙烯滤膜上，形成光热吸收层，随后在70～80℃下烘干12小时；
步骤(5)、以聚乙烯塑料为绝热层，上层叠加聚氨酯海绵作为海水输送层，将所述步骤(4)中沉淀物吸附于聚偏氟乙烯滤膜上获得的光热吸收层组装到海水输送层上，制备得到基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的太阳能光热转换材料层。
11.如权利要求10所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述Ti3C2纳米片粉末、原钒酸钠、硫代乙酰胺的质量比为(4～5):(4.5～5.5):(12～12.5)；
和/或，步骤(3)中，所述退火的温度为195～205℃；所述退火的时间为2.5～3.5小时。
12.如权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述光热吸收层材料，包括聚偏氟乙烯滤膜厚度和沉淀物的厚度为0.2mm～0.3mm，所述海水输送层材料厚度为3～4cm，所述绝热层的厚度为1.0～1.2cm。
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