CN114314591B - 一种具有自由基捕捉功能的MXene纳米片及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有自由基捕捉功能的MXene纳米片及其制备方法与应用。本发明的具有自由基捕捉功能的MXene纳米片的制备方法包括以下步骤：1)将MXene加入溶剂中，进行超声分散，得到MXene分散液；2)将有机酸加入MXene分散液中，进行搅拌，即得具有自由基捕捉功能的MXene纳米片。本发明的MXene纳米片具有优异的自由基捕捉功能，不仅在水氧环境中具有优异的储存稳定性，而且在燃烧时可以猝灭高活性过氧自由基，抑制燃烧反应，发挥高效的阻燃作用，此外还具有优良的导电性能和热电传感特性，可以用在运动监测、温度感知和火灾预警等领域，具有十分广阔的应用前景。

Description

一种具有自由基捕捉功能的MXene纳米片及其制备方法与 应用

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种具有自由基捕捉功能的MXene纳米片及其制备方法与应用。

背景技术

二维层状纳米材料MXene是一种新兴的二维无机化合物，由几个原子层厚度的过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物构成，其具有较高的比表面积、金属导电性、热电传感特性、亲水性以及丰富的表面化学特性，受到了国内外学者的广泛关注，在吸附、传感、催化、储能、电磁屏蔽和智能防火等领域均展现出很好的应用前景。然而，MXene纳米片存在一些结构缺陷，且嵌有活泼的过渡金属和终止基团，在水氧环境中存储时MXene纳米片的边缘和缺陷处易与O₂和H₂O结合而产生电子，造成MXen纳米片的氧化，同时，电子和空穴在MXene纳米片表面会形成内部电场，促使MXene纳米片的进一步氧化，最终会导致MXene纳米片的性能恶化甚至完全丧失。因此，亟需改善MXene纳米片在水氧环境中的存储稳定性。

MXene纳米片的氧化反应主要是从边缘和结构缺陷处开始，然后以过渡金属原子为晶核进行生长，进而蔓延至整个纳米片。目前，抑制MXene纳米片氧化的方法(例如：控制存储环境、改进刻蚀方式、退火调节表面基团、物理封装)主要围绕着物理隔绝O₂和减少活性反应位点展开，虽然可以在一定程度上延缓MXene纳米片的氧化，但仍存在许多问题：

1)控制存储环境法和改进刻蚀方式法是通过降低片材表面的缺陷密度来增强MXene纳米片的氧化稳定性，效果并不理想；

2)通过在还原气氛中进行退火处理可以调节MXene纳米片表面的终止基团，但操作过程较为复杂，易造成MXene纳米片的堆叠和团聚；

3)物理封装的方式虽然可以较大程度改善MXene纳米片的稳定性，但由于金属氧化物和其他基团的存在，对MXene纳米片的导电性能和热电效应影响较大。

因此，开发一种在水氧环境中具有优异的储存稳定性的MXene纳米片具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有自由基捕捉功能的MXene纳米片及其制备方法与应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种具有自由基捕捉功能的MXene纳米片的制备方法包括以下步骤：

1)将MXene加入溶剂中，进行超声分散，得到MXene分散液；

2)将有机酸加入MXene分散液中，进行搅拌，即得具有自由基捕捉功能的MXene纳米片。

优选的，一种具有自由基捕捉功能的MXene纳米片的制备方法包括以下步骤：

1)将MXene加入溶剂中，进行超声分散，得到MXene分散液；

2)将有机酸滴加到MXene分散液中，进行搅拌，再进行抽滤，滤得的固体进行洗涤和干燥，即得具有自由基捕捉功能的MXene纳米片。

优选的，所述MXene、有机酸的质量比为1:0.1～10。

优选的，步骤1)所述MXene为碳化钛MXene、碳化铌MXene、碳化钒MXene、碳化钽MXene中的至少一种。

优选的，步骤1)所述MXene的片层直径为0.1μm～10μm，层间距为0.1nm～3nm。

优选的，步骤1)所述溶剂为水、乙醇、丙酮中的至少一种。

优选的，步骤1)所述超声分散在-5℃～15℃下进行，超声功率为100W～500W，超声分散时间为0.5h～3h。

优选的，步骤2)所述有机酸为植酸、单宁酸、抗坏血酸、山梨酸中的至少一种。

优选的，步骤2)所述搅拌在25℃～40℃下进行。

优选的，步骤2)所述洗涤使用的洗涤溶剂为无水乙醇、乙醚、甲苯中的至少一种。

优选的，步骤2)所述干燥的方式为冷冻干燥，干燥时间为4h～48h。

一种具有自由基捕捉功能的MXene纳米片，其由上述方法制备得到。

一种智能防火材料，其表面覆盖有包含上述具有自由基捕捉功能的MXene纳米片的涂层。

上述智能防火材料的制备方法包括以下步骤：

1)将具有自由基捕捉功能的MXene纳米片分散在水中制成分散液；

2)将基材浸渍在分散液中，再取出进行干燥，并重复进行浸渍和干燥操作；

3)将步骤2)处理过的基材浸渍在聚二甲基硅氧烷分散液中，同时进行超声，再取出进行固化和干燥，即得智能防火材料。

优选的，步骤1)所述分散液的浓度为5mg/mL～30mg/mL。

优选的，步骤2)所述基材为易燃基材。

进一步优选的，步骤2)所述基材为棉织物、木材、聚氨酯泡沫、PET薄膜中的一种。

优选的，步骤2)所述浸渍的时间为2min～10min。

优选的，步骤2)所述干燥在50℃～60℃下进行，干燥时间为15min～25min。

优选的，步骤2)所述浸渍和干燥操作重复5次～20次。

优选的，步骤3)所述浸渍的时间为5min～15min。

优选的，步骤3)所述固化在60℃～100℃下进行，固化时间为3h～6h。

优选的，步骤3)所述干燥在45℃～55℃下进行，干燥时间为6h～12h。

将上述智能防火材料接入电压探测电路中，其可以作为温度探测器，同时，串联报警器后可实现对异常高温和火灾的早期监控。

本发明的有益效果是：本发明的MXene纳米片具有优异的自由基捕捉功能，不仅在水氧环境中具有优异的储存稳定性，而且在燃烧时可以猝灭高活性过氧自由基，抑制燃烧反应，发挥高效的阻燃作用，此外还具有优良的导电性能和热电传感特性，可以用在运动监测、温度感知和火灾预警等领域，具有十分广阔的应用前景。

具体来说：

1)本发明利用有机酸对MXene材料进行插层，并使有机酸均匀修饰到MXene表面，不仅可以增加层间距，使MXene表面暴露出更多的活性位点，而且还可以有效捕捉水氧环境中产生的自由基，减少纳米片边缘和缺陷处的氧化；

2)本发明的MXene纳米片具有高效阻燃作用，在遭遇火焰时层状纳米材料一方面具有优异的阻隔性能，另一方面可以快速催化多羟基高分子化合物发生炭化反应，生成具有优异热稳定性能和隔热隔氧性能的层状多孔炭层，且在燃烧过程中还能猝灭高活性过氧自由基，抑制燃烧反应，从而发挥高效阻燃作用；

3)本发明的MXene纳米片的制备方法简单，无需任何催化剂，修饰反应过程在低温下即可进行，反应时间短，可操作性强，适合进行大批量生产、长时间存储和长距离运输；

4)本发明的MXene纳米片涂覆于易燃基材(例如：棉织物、木材、聚氨酯泡沫、PET薄膜)表面，MXene纳米片和易燃基材之间存在氢键作用，MXene纳米片可以均匀包覆在基材表面，形成致密的阻燃保护层，进而大幅提高易燃基材的阻燃性能，此外，在受热时MXene纳米片中的载流子会沿着温度梯度迁移并在易燃基材两端形成稳定的电势差，电势差的大小与高低温区之间的温差大小成正比函数关系，该函数关系稳定且可重复，进而赋予易燃基材温度感知功能，即可以赋予易燃基材智能防火功能。

附图说明

图1为实施例1中的F-MXene的SEM图。

图2为实施例1中的碳化钛MXene、单宁酸和F-MXene的红外光谱图。

图3为实施例1中碳化钛MXene和F-MXene的储存稳定性测试结果图。

图4为不同碳化钛MXene和单宁酸配比的MFR@CF的极限氧指数测试结果图。

图5为实施例1中的MFR@CF在80℃下的实时电压曲线。

图6为实施例1中的MFR@CF在酒精灯灼烧下的火灾预警测试照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。

实施例1：

一种具有自由基捕捉功能的MXene纳米片，其制备方法包括以下步骤：

1)将10g的碳化钛MXene(片层直径约为3μm，层间距约为0.2nm)加入20mL的去离子水中，再置于冰水浴中超声分散1.5h，超声功率为400W，得到MXene分散液；

2)将3.3g的单宁酸滴加到MXene分散液中，室温下搅拌48h，再进行抽滤，滤得的固体用无水乙醇洗涤3次后冷冻干燥48h，即得具有自由基捕捉功能的MXene纳米片(记为F-MXene)。

性能测试：

1)F-MXene的扫描电镜(SEM)图如图1所示。

由图1可知：碳化钛MXene经过单宁酸修饰后片层间作用力变弱，且表面带有更多的褶皱结构，可能是由于单宁酸中的含氧基团能够与碳化钛MXene表面的含氧基团形成氢键作用力，使单宁酸附着在碳化钛MXene表面，同时，单宁酸插层碳化钛MXene后使得层间距变大，容易剥离，得到更少层的纳米片。

2)碳化钛MXene、单宁酸(TA)和F-MXene的红外光谱图如图2所示。

红外测试过程：将溴化钾(KBr)和待测样品按照质量比100:1混合，研磨成细粉，烘干后压成薄片，使红外干涉光透过薄片并收集其吸收光谱信息，扫描精度为4cm^-1，扫描范围为4000cm^-1～400cm^-1，扫描16次。

由图2可知：可以看到归属于碳化钛MXene和单宁酸的-OH；F-MXene与碳化钛MXene相比，-OH红外特征峰出现明显的偏移和减弱，表明单宁酸已成功修饰到碳化钛MXene上。

3)将2.5g的碳化钛MXene和F-MXene分别分散在50mL的去离子水中制成分散液，再将分散液分别置于室温、50℃和90℃的条件下，放置4周，得到的储存稳定性测试结果如图3所示。

由图3可知：碳化钛MXene的分散液在90℃持续加热时，碳化钛MXene很快就会聚集和沉降，并发生氧化变白，而F-MXene则表现出优异的稳定性。

一种智能防火材料，其制备方法包括以下步骤：

1)将具有自由基捕捉功能的MXene纳米片分散在去离子水中制成浓度为20mg/mL的分散液；

2)将经过氧等离子体处理后的棉织物浸渍在分散液中，浸渍10min，再取出后垂直悬挂在鼓风烘箱中，50℃烘25min，再将棉织物沿垂直方向旋转180°，再次浸入分散液中，浸渍10min，再取出后垂直悬挂在鼓风烘箱中，50℃烘25min，重复进行浸渍和干燥操作20次；

3)将步骤2)处理过的棉织物浸渍在浓度82.5mg/mL的酒石酸锑钾(TE)溶液中，55℃下反应45min，再取出后放入鼓风烘箱中，60℃烘15min，再浸渍在浓度50mg/mL的聚二甲基硅氧烷的甲苯溶液中，浸渍10min，同时进行超声，再取出后垂直悬挂在鼓风烘箱中，100℃烘3h，再置于真空干燥箱中，55℃干燥6h，即得智能防火材料(记为MFR@CF)。

性能测试：

1)参照本实施例的方法，先通过调节碳化钛MXene和单宁酸的配比得到一系列的F-MXene，再将F-MXene制备成MFR@CF，测试得到的不同碳化钛MXene和单宁酸配比的MFR@CF的极限氧指数测试(参照“ASTM D2863-2009”进行测试，测试仪器为JF-3型氧指数测定仪)结果如图4所示。

由图4可知：MFR@CF与棉织物(极限氧指数为18％)相比，极限氧指数大幅提高，若接入电压探测电路中并使MFR@CF的一端受热，会迅速在MFR@CF冷热两端之间形成稳定可重复的电势差，同时所形成的电势差与温度梯度呈现正比函数关系，说明MFR@CF具有灵敏的温度感知功能。

2)温度感知测试：利用银浆将铜线粘在MFR@CF(尺寸为50mm×20mm×6mm)两端，并将铜线与数字万用表(DMM6500 6 1/2，美国Keithley仪器)连接，同时并联控温热台，得到的MFR@CF在80℃下的实时电压曲线如图5所示。

火灾预警测试：通过导线将MFR@CF(尺寸为40mm×20mm×6mm)与电压报警器连接，然后将MFR@CF放置于酒精灯上方20mm处，使其暴露在高度为40mm的酒精灯火焰中，30s后移走火焰，设定预警电压为1mV，记录样品电压曲线和预警响应时间，得到的在酒精灯灼烧下的火灾预警测试照片如图6所示，得到的垂直燃烧测试结果如表1所示，得到的火灾预警时间测试结果如表2所示。

由图5、图6、表1和表2可知：MFR@CF放置在80℃的热台上时，其输出电压曲线与实际温度曲线几乎同时升高，同时达到稳定值，移去热源后又同时下降，说明MFR@CF具有优异的温度感知功能，可以探测火灾萌芽期的温度情况。若在电路中串联报警装置后，遭遇火焰后仅需7s便会触发火警装置，同时在第二次、第三次遇火时仍能触发火警装置，说明即便是在火灾复燃的情况下MFR@CF仍能灵敏预警。

由此可见，本实施例的MFR@CF在消防员防护服和机器人电子皮肤等领域具有巨大的潜在应用价值。

实施例2：

一种具有自由基捕捉功能的MXene纳米片，其制备方法包括以下步骤：

1)将10g的碳化铌MXene(片层直径约为3μm，层间距约为0.1nm)加入20mL的丙酮-去离子水混合溶剂(丙酮、去离子水的体积比为1:1)中，再置于冰水浴中超声分散3h，超声功率为400W，得到MXene分散液；

2)将1g的单宁酸滴加到MXene分散液中，室温下搅拌48h，再进行抽滤，滤得的固体用无水乙醇洗涤3次后冷冻干燥48h，即得具有自由基捕捉功能的MXene纳米片(记为F-MXene)。

一种智能防火材料，其制备方法包括以下步骤：

1)将具有自由基捕捉功能的MXene纳米片分散在丙酮中制成浓度为30mg/mL的分散液；

2)将经过氧等离子体处理后的木材浸渍在分散液中，浸渍10min，再取出后垂直悬挂在鼓风烘箱中，50℃烘25min，再将木材沿垂直方向旋转180°，再次浸入分散液中，浸渍10min，再取出后垂直悬挂在鼓风烘箱中，50℃烘25min，重复进行浸渍和干燥操作15次；

3)将步骤2)处理过的木材浸渍在浓度25mg/mL的酒石酸锑钾(TE)溶液中，55℃下反应45min，再取出后放入鼓风烘箱中，60℃烘20min，再浸渍在浓度50mg/mL的聚二甲基硅氧烷的甲苯溶液中，浸渍5min，同时进行超声，再取出后垂直悬挂在鼓风烘箱中，60℃烘6h，再置于真空干燥箱中，55℃干燥6h，即得智能防火材料(记为MFR@CF)。

经测试(测试方法同实施例1)，本实施例采用单宁酸能够大幅提高碳化铌MXene的抗氧化性能，本实施例的MFR@CF具有温度感知功能，当与报警器相互连接组成报警装置后发现，遭遇火焰后仅需6s便会发出报警信号，提醒人员及时疏散，第二次、第三次触发时间分别为8s和8s(见表2)。

实施例3：

一种具有自由基捕捉功能的MXene纳米片，其制备方法包括以下步骤：

1)将10g的碳化钒MXene(片层直径约为8μm，层间距约为2nm)加入20mL的丙酮中，再10℃下超声分散1h，超声功率为400W，得到MXene分散液；

2)将20g的植酸滴加到MXene分散液中，室温下搅拌24h，再进行抽滤，滤得的固体用无水乙醇洗涤3次后冷冻干燥8h，即得具有自由基捕捉功能的MXene纳米片(记为F-MXene)。

一种智能防火材料，其制备方法包括以下步骤：

1)将具有自由基捕捉功能的MXene纳米片分散在丙酮中制成浓度为30mg/mL的分散液；

2)将经过氧等离子体处理后的聚氨酯泡沫浸渍在分散液中，浸渍3min，再取出后垂直悬挂在鼓风烘箱中，60℃烘15min，再将聚氨酯泡沫沿垂直方向旋转180°，再次浸入分散液中，浸渍3min，再取出后垂直悬挂在鼓风烘箱中，60℃烘15min，重复进行浸渍和干燥操作20次；

3)将步骤2)处理过的聚氨酯泡沫浸渍在浓度2mg/mL的聚二甲基硅氧烷的甲苯溶液中，浸渍15min，同时进行超声，再取出后垂直悬挂在鼓风烘箱中，60℃烘6h，再置于真空干燥箱中，45℃干燥12h，即得智能防火材料(记为MFR@CF)。

经测试(测试方法同实施例1)，本实施例采用植酸能够大幅提高碳化钒MXene的抗氧化性能。同时，聚氨酯泡沫表面涂覆F-MXene后阻燃性能大幅提高。除此之外，本实施例的MFR@CF的阻燃、温度感知性能和火灾预警性能均有不同程度的提高，可能是由于体系中植酸的引入，植酸与碳化钒MXene和聚氨酯泡沫骨架形成更紧密的吸附，使得稳定性提高。

实施例4：

一种具有自由基捕捉功能的MXene纳米片，其制备方法包括以下步骤：

1)将10g的碳化铌MXene(片层直径约为0.5μm，层间距约为0.1nm)加入20mL的去离子水中，再15℃超声分散0.5h，超声功率为400W，得到MXene分散液；

2)将100g的抗坏血酸滴加到MXene分散液中，室温下搅拌48h，再进行抽滤，滤得的固体用无水乙醇洗涤3次后冷冻干燥4h，即得具有自由基捕捉功能的MXene纳米片(记为F-MXene)。

一种智能防火材料，其制备方法包括以下步骤：

1)将具有自由基捕捉功能的MXene纳米片分散在正己烷中制成浓度为10mg/mL的分散液；

2)将经过氧等离子体处理后的PET薄膜浸渍在分散液中，浸渍10min，再取出后垂直悬挂在鼓风烘箱中，50℃烘25min，再将PET薄膜沿垂直方向旋转180°，再次浸入分散液中，浸渍10min，再取出后垂直悬挂在鼓风烘箱中，50℃烘25min，重复进行浸渍和干燥操作5次；

3)将步骤2)处理过的PET薄膜浸渍在浓度2mg/mL的聚二甲基硅氧烷的四氢呋喃溶液中，浸渍15min，同时进行超声，再取出后垂直悬挂在鼓风烘箱中，100℃烘3h，再置于真空干燥箱中，55℃干燥10h，即得智能防火材料(记为MFR@CF)。

经测试(测试方法同实施例1)，本实施例采用抗坏血酸能够大幅提高碳化铌MXene的抗氧化性能，同时可以大幅改善PET薄膜的易燃特性。通过温度感知测试发现本实施例的MFR@CF的灵敏性与实施例1的MFR@CF几乎没有区别。通过表2可以看出，本实施例的MFR@CF的火灾预警功能更为灵敏，第一次点火时其触发时间仅3s，第二次、第三次重复触发时间也仅7s和6s。

实施例5：

一种具有自由基捕捉功能的MXene纳米片，其制备方法包括以下步骤：

1)将10g的碳化钽MXene(片层直径约为0.1μm，层间距约为3nm)加入20mL的去离子水-乙醇混合溶剂(去离子水、乙醇的体积比为2:1)中，再置于冰水浴中超声分散2h，超声功率为400W，得到MXene分散液；

2)将1g的山梨酸滴加到MXene分散液中，室温下搅拌48h，再进行抽滤，滤得的固体用无水乙醇洗涤3次后冷冻干燥36h，即得具有自由基捕捉功能的MXene纳米片(记为F-MXene)。

一种智能防火材料，其制备方法包括以下步骤：

1)将具有自由基捕捉功能的MXene纳米片分散在乙醇中制成浓度为20mg/mL的分散液；

2)将经过氧等离子体处理后的棉织物浸渍在分散液中，浸渍2min，再取出后垂直悬挂在鼓风烘箱中，50℃烘25min，再将棉织物沿垂直方向旋转180°，再次浸入分散液中，浸渍2min，再取出后垂直悬挂在鼓风烘箱中，50℃烘25min，重复进行浸渍和干燥操作20次；

3)将步骤2)处理过的基材浸渍在浓度10mg/mL的聚二甲基硅氧烷的环己烷溶液中，浸渍5min，同时进行超声，再取出后垂直悬挂在鼓风烘箱中，100℃烘3h，再置于真空干燥箱中，55℃干燥10h，即得智能防火材料(记为MFR@CF)。

经测试(测试方法同实施例1)，即便碳化钽MXene和山梨酸的比例为10:1时，所制备的F-MXene和MFR@CF也同样具有优异的抗氧化、阻燃、温度感知、火灾预警功能。从表2可以看出本实施例的MFR@CF在遭遇火焰后16s便会触发报警装置，同时在第二次、第三次点火后仍能迅速触发报警装置。

实施例6：

一种具有自由基捕捉功能的MXene纳米片，其制备方法包括以下步骤：

1)将10g的碳化钒MXene(片层直径约为10μm，层间距约为1.5nm)加入20mL的丙酮中，再置于冰水浴中超声分散2h，超声功率为400W，得到MXene分散液；

2)将10g的植酸滴加到MXene分散液中，室温下搅拌48h，再进行抽滤，滤得的固体用无水乙醇洗涤3次后冷冻干燥36h，即得具有自由基捕捉功能的MXene纳米片(记为F-MXene)。

一种智能防火材料，其制备方法包括以下步骤：

1)将具有自由基捕捉功能的MXene纳米片分散在丙酮中制成浓度为20mg/mL的分散液；

2)将经过氧等离子体处理后的聚氨酯泡沫浸渍在分散液中，浸渍5min，再取出后垂直悬挂在鼓风烘箱中，50℃烘15min，再将聚氨酯泡沫沿垂直方向旋转180°，再次浸入分散液中，浸渍5min，再取出后垂直悬挂在鼓风烘箱中，50℃烘15min，重复进行浸渍和干燥操作20次；

3)将步骤2)处理过的聚氨酯泡沫浸渍在浓度20mg/mL的聚二甲基硅氧烷的甲苯溶液中，浸渍5min，同时进行超声，再取出后垂直悬挂在鼓风烘箱中，100℃烘3h，再置于真空干燥箱中，55℃干燥10h，即得智能防火材料(记为MFR@CF)。

经测试(测试方法同实施例1)，植酸也可均匀修饰到MXene表面，且具有很好的抗氧化性能。与此同时，制备的MFR@CF的阻燃几乎没有影响，同时阻燃、温度感知和火灾预警等性能仍能与实施例1的MFR@CF维持在相同范围。

实施例7：

一种具有自由基捕捉功能的MXene纳米片，其制备方法包括以下步骤：

1)将10g的碳化钒MXene(片层直径约为10μm，层间距约为0.3nm)加入20mL的丙酮中，再置于冰水浴中超声分散2h，超声功率为400W，得到MXene分散液；

2)将1g的单宁酸滴加到MXene分散液中，室温下搅拌48h，再进行抽滤，滤得的固体用无水乙醇洗涤3次后冷冻干燥36h，即得具有自由基捕捉功能的MXene纳米片(记为F-MXene)。

一种智能防火材料，其制备方法包括以下步骤：

1)将具有自由基捕捉功能的MXene纳米片分散在丙酮中制成浓度为20mg/mL的分散液；

2)将经过氧等离子体处理后的木材浸渍在分散液中，浸渍5min，再取出后垂直悬挂在鼓风烘箱中，50℃烘15min，再将木材沿垂直方向旋转180°，再次浸入分散液中，浸渍5min，再取出后垂直悬挂在鼓风烘箱中，50℃烘15min，重复进行浸渍和干燥操作20次；

3)将步骤2)处理过的木材浸渍在浓度20mg/mL的聚二甲基硅氧烷的正己烷溶液中，浸渍5min，同时进行超声，再取出后垂直悬挂在鼓风烘箱中，100℃烘3h，再置于真空干燥箱中，55℃干燥10h，即得智能防火材料(记为MFR@CF)。

经测试(测试方法同实施例1)，本实施例采用单宁酸能够大幅提高碳化钒MXene的抗氧化性能，本实施例的MFR@CF具有灵敏的温度感知功能。

实施例8：

一种具有自由基捕捉功能的MXene纳米片，其制备方法包括以下步骤：

1)将10g的碳化钛MXene(片层直径约为3μm，层间距约为0.2nm)加入20mL的去离子水中，再置于冰水浴中超声分散1.5h，超声功率为400W，得到MXene分散液；

2)将1g的单宁酸滴加到MXene分散液中，室温下搅拌48h，再进行抽滤，滤得的固体用无水乙醇洗涤3次后冷冻干燥48h，即得具有自由基捕捉功能的MXene纳米片(记为F-MXene)。

一种智能防火材料，其制备方法包括以下步骤：

1)将具有自由基捕捉功能的MXene纳米片分散在去离子水中制成浓度为20mg/mL的分散液；

2)将经过氧等离子体处理后的PET薄膜浸渍在分散液中，浸渍10min，再取出后垂直悬挂在鼓风烘箱中，50℃烘25min，再将PET薄膜沿垂直方向旋转180°，再次浸入分散液中，浸渍10min，再取出后垂直悬挂在鼓风烘箱中，50℃烘25min，重复进行浸渍和干燥操作20次；

3)将步骤2)处理过的PET薄膜浸渍在浓度50mg/mL的聚二甲基硅氧烷的丙酮溶液中，浸渍10min，同时进行超声，再取出后垂直悬挂在鼓风烘箱中，100℃烘3h，再置于真空干燥箱中，55℃干燥6h，即得智能防火材料(记为MFR@CF)。

经测试(测试方法同实施例1)，改变碳化钛纳米片与单宁酸的比例对F-MXene和MFR@CF的性能影响不大。

实施例9：

一种具有自由基捕捉功能的MXene纳米片，其制备方法包括以下步骤：

1)将8g的碳化钛MXene(片层直径约为3μm，层间距约为0.2nm)和2g的碳化铌MXene(片层直径约为0.4μm，层间距约为0.5nm)加入20mL的无水乙醇中，再置于冰水浴中超声分散1.5h，超声功率为400W，得到MXene分散液；

2)将100g的单宁酸滴加到MXene分散液中，室温下搅拌48h，再进行抽滤，滤得的固体用无水乙醇洗涤3次后冷冻干燥48h，即得具有自由基捕捉功能的MXene纳米片(记为F-MXene)。

一种智能防火材料，其制备方法包括以下步骤：

1)将具有自由基捕捉功能的MXene纳米片分散在去离子水中制成浓度为20mg/mL的分散液；

2)将经过氧等离子体处理后的棉织物浸渍在分散液中，浸渍10min，再取出后垂直悬挂在鼓风烘箱中，50℃烘25min，再将棉织物沿垂直方向旋转180°，再次浸入分散液中，浸渍10min，再取出后垂直悬挂在鼓风烘箱中，50℃烘25min，重复进行浸渍和干燥操作20次；

3)将步骤2)处理过的基材浸渍在浓度50mg/mL的聚二甲基硅氧烷的甲苯溶液中，浸渍10min，同时进行超声，再取出后垂直悬挂在鼓风烘箱中，100℃烘3h，再置于真空干燥箱中，55℃干燥6h，即得智能防火材料(记为MFR@CF)。

经测试(测试方法同实施例1)，同时采用碳化钛MXene和碳化铌MXene时，其抗氧化性能有所下降，但仍远优于未处理的MXene。MFR@CF的阻燃性能和温度感知性能与实施例1的MFR@CF类似。

对比例：

棉织物。

经测试(测试方法同实施例1)，棉织物不具备火灾预警功能。

附表：

1)实施例1～9的MFR@CF和对比例的棉织物的垂直燃烧测试结果如下表所示：

表1实施例1～9的MFR@CF和对比例的棉织物的垂直燃烧测试结果

2)实施例1～9的MFR@CF和对比例的棉织物的火灾预警时间测试结果如下表所示：

表2实施例1～9的MFR@CF和对比例的棉织物的火灾预警时间测试结果

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种具有自由基捕捉功能的MXene纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将MXene加入溶剂中，进行超声分散，得到MXene分散液；

2)将有机酸加入MXene分散液中，进行搅拌，即得具有自由基捕捉功能的MXene纳米片；

所述MXene、有机酸的质量比为1:0.1～10；

步骤1)所述MXene为碳化钛MXene、碳化铌MXene、碳化钒MXene、碳化钽MXene中的至少一种；

步骤1)所述MXene的片层直径为0.1μm～10μm，层间距为0.1nm～3nm；

步骤1)所述溶剂为水、乙醇、丙酮中的至少一种；

步骤1)所述超声分散在-5℃～15℃下进行，超声功率为100W～500W，超声分散时间为0.5h～3h；

步骤2)所述有机酸为植酸、单宁酸、抗坏血酸、山梨酸中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的具有自由基捕捉功能的MXene纳米片的制备方法，其特征在于：步骤2)所述搅拌在25℃～40℃下进行。

3.一种具有自由基捕捉功能的MXene纳米片，其特征在于，其由权利要求1或2所述的方法制备得到。

4.一种智能防火材料，其特征在于，其表面覆盖有包含权利要求3所述的具有自由基捕捉功能的MXene纳米片的涂层。