CN115818657A - 一种杂离子掺杂MBene复合材料的制备方法 - Google Patents
一种杂离子掺杂MBene复合材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115818657A CN115818657A CN202211443926.9A CN202211443926A CN115818657A CN 115818657 A CN115818657 A CN 115818657A CN 202211443926 A CN202211443926 A CN 202211443926A CN 115818657 A CN115818657 A CN 115818657A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mbene
- preparation
- solution
- precipitate
- composite material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 47
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 31
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 51
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 45
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 39
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 24
- VDZOOKBUILJEDG-UHFFFAOYSA-M tetrabutylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].CCCC[N+](CCCC)(CCCC)CCCC VDZOOKBUILJEDG-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 22
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 14
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 13
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 claims description 13
- PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M lithium fluoride Chemical compound [Li+].[F-] PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 12
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 12
- -1 hetero ion Chemical class 0.000 claims description 11
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 10
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 10
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 10
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 9
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 9
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical compound C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 8
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 5
- DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N Acetamide Chemical compound CC(N)=O DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N Aniline Chemical compound NC1=CC=CC=C1 PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N Pyrrole Chemical compound C=1C=CNC=1 KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 4
- QGJOPFRUJISHPQ-NJFSPNSNSA-N carbon disulfide-14c Chemical compound S=[14C]=S QGJOPFRUJISHPQ-NJFSPNSNSA-N 0.000 claims description 4
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 4
- AKHNMLFCWUSKQB-UHFFFAOYSA-L sodium thiosulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=S AKHNMLFCWUSKQB-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 235000019345 sodium thiosulphate Nutrition 0.000 claims description 4
- BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M sulfonate Chemical compound [O-]S(=O)=O BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 229930192474 thiophene Natural products 0.000 claims description 4
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 239000005562 Glyphosate Substances 0.000 claims description 2
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 claims description 2
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- YSMRWXYRXBRSND-UHFFFAOYSA-N TOTP Chemical compound CC1=CC=CC=C1OP(=O)(OC=1C(=CC=CC=1)C)OC1=CC=CC=C1C YSMRWXYRXBRSND-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- LTYMSROWYAPPGB-UHFFFAOYSA-N diphenyl sulfide Chemical compound C=1C=CC=CC=1SC1=CC=CC=C1 LTYMSROWYAPPGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XDDAORKBJWWYJS-UHFFFAOYSA-N glyphosate Chemical compound OC(=O)CNCP(O)(O)=O XDDAORKBJWWYJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229940097068 glyphosate Drugs 0.000 claims description 2
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 claims description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 1
- 239000005921 Phosmet Substances 0.000 claims 1
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 claims 1
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims 1
- LMNZTLDVJIUSHT-UHFFFAOYSA-N phosmet Chemical compound C1=CC=C2C(=O)N(CSP(=S)(OC)OC)C(=O)C2=C1 LMNZTLDVJIUSHT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 2
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 11
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 10
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 8
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 7
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 7
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 7
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 6
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 6
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 5
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 4
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 4
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 4
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 3
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011369 optimal treatment Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 150000003623 transition metal compounds Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种杂离子掺杂MBene复合材料的制备方法，涉及新型二维材料技术领域。本发明提供了一种制备过程简单、条件简易、无污染、安全性好、设备要求低、能耗低的杂离子掺杂MBene材料的合成方法，成功制备得到了杂离子掺杂MBene材料，为MBene材料的合成提供了新的思路。
Description
技术领域
本发明涉及新型二维材料技术领域，特别是涉及一种杂离子掺杂MBene复合材料的制备方法。
背景技术
一般而言，层状三元过渡金属硼化物(MAB)相是适用于化学要求苛刻的恶劣环境的候选材料，可用作保护涂层、电导体、耐腐蚀材料、磁热材料和电池电极。MAB相作为催化剂、电池电极、超级电容器和铁磁体的效率在其二维衍生MBene形式中得到显著提高。
2D MBenes是早期过渡金属硼化物，是三元或四元过渡金属硼化物相的最新衍生物，与MXenes相比，MBenes的结构似乎更复杂，因为它具有多种晶体排列、多晶型和结构转变。这使得它们的合成和随后的分层成单片具有挑战性，克服这一瓶颈将使MBenes的材料-结构-性能关系得到合理控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种杂离子掺杂MBene复合材料的制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，提供一种杂离子掺杂的MBene复合材料，为MBene材料的制备提供新思路。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种杂离子掺杂MBene复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：使用方法一或方法二制备MBene
方法一：将MAB材料加入氟化锂与第一盐酸溶液的混合溶液中，在30-200℃下搅拌0.5-100h，得到第一反应体系；将所述第一反应体系离心得到第一沉淀，将所述第一沉淀与第二盐酸溶液混合，离心，得到第二沉淀；对所述第二沉淀进行清洗，直至上清液达到pH为6-8后，冷冻干燥，得到所述MBene；
方法二：将MAB材料与NaOH溶液或HF溶液混合，在30-200℃下搅拌0.5-100h，离心，收集沉淀并清洗，直至上清液达到pH为6-8后，冷冻干燥，得到所述MBene；
步骤2：单层MBene的制备
在30-80℃下，将步骤1制备的MBene与二甲基亚砜或四丁基氢氧化铵溶液混合反应10-48h，反应结束后收集沉淀，得到的沉淀用去离子水进行离心洗涤，向水洗后的沉淀加入去离子水，在保护性气氛下超声，得到单层MBene溶液，冷冻干燥后，得到单层MBene；
进一步地，步骤2中，所述MBene与二甲基亚砜的质量比为1：3-20；所述MBene与四丁基氢氧化铵溶液的质量比为1：5-20，所述四丁基氢氧化铵溶液的浓度为10-50wt.％，所述二甲基亚砜浓度为99.5％。
步骤3：杂离子掺杂MBene复合材料的制备
保护性气氛下，将所述单层MBene和氮源、磷源或硫源混合，将得到的沉淀烘干，在200-1200℃下处理1-24h，得到所述杂离子掺杂MBene复合材料；
优选的，单层MBene和氮源、磷源或硫源混合体系中，还添加有氯化铵水溶液；
所述MAB材料由早期过渡金属(M)、元素周期表的第13组和/或第14组金属(A)、和硼(B)组成，M为SC、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zr、Nb、Tc、Ru、Rh、Hf、Ta或W的一种或几种；A为Cu、Zn、Cd、Au、Ir、Au、Al、Si、P、S、Ga、Ge、As、In、Sn、Sb、TI、Pb或Bi中的一种或几种，B为硼。
步骤3的升温速率为2-20℃/min，烘干温度为60℃。步骤3最优处理过程具体为：从室温以10℃/min的升温速率升温至200-1200℃保温1-24h。
进一步地，所述MAB材料为MoAlB、Fe2AlB2、Cr2AlB2、WAlB、MoYAlB、MoScAlB、Mo2Al2B2、CrAlB、Ti2AlB2、Cr3AlB4中的一种或几种。
进一步地，步骤1中，所述氟化锂与MAB材料的质量比为1：0.5-10；所述MAB材料与所述第一盐酸溶液的质量体积比为1g/5-100mL，所述第一盐酸溶液的浓度为9-12mol/L。
所述第二盐酸溶液中盐酸与水的体积比为：1：0.5-30；
进一步地，步骤1中，所述NaOH溶液中，NaOH与水的质量比为1：2-100；所述HF溶液的浓度为10-50wt.％。NaOH溶液优选浓度为20wt.％。
所述二甲基亚砜为分析纯。
进一步地，所述单层MBene材料与氮源、磷源或硫源的质量比均为(1-3)：(0.5-15)。
所述保护气氛为氮气或氩气。
进一步地，所述氮源为尿素、三聚氰胺、苯胺、吡咯、氨基酸、铵盐或者氮代乙酰胺、氯化铵和草酸三者的混合液中的一种或几种。
进一步地，所述磷源为磷酸、草甘膦、亚胺磷、磷酸三甲醋或磷酸盐中的一种或几种。
进一步地，所述硫源为单质硫、硫化氢、二硫化碳、硫代硫酸钠、噻吩、硫酸盐和磺酸盐中的一种或几种，或者为单质硫、硫化氢、二硫化碳、硫代硫酸钠、噻吩、硫酸盐或磺酸盐分解所产生的含硫产物。
本发明进一步提供上述制备方法制备的杂离子掺杂MBene复合材料。
本发明公开了以下技术效果：
1.本发明采用MAB作为原料，经刻蚀得到MBene，MBene材料的大比表面积可缓解过渡金属氮化物在充放电过程中的体积膨胀，让材料具有良好的稳定性。MBene对锂离子具有较小的且各向同性的迁移能量势垒和较大的理论比容量，是潜在的锂离子电池电极材料。合成的单层MBene提高了MBene材料的层间距，使MBene材料与过渡金属化和物结合更加紧密。
2.杂离子掺杂MBene有望提高MBene的实际用途，杂离子掺杂MBene在用于电池活物质、超级电容器的独立、柔性和可压缩电极，催化剂等方面有很大探索价值。
3.本发明制备过程中，无需使用复杂昂贵的仪器设备；掺杂过程中只需要与氮源、磷源或硫源一起在惰性气氛下加热保温即可，成本低。制备出的杂离子掺杂MBene具有多孔结构，可用于超级电容、电催化、锂离子电池等领域。
4.本发明提供了一种制备过程简单、条件简易、无污染、安全性好、设备要求低、能耗低的杂离子掺杂MBene材料的合成方法，成功制备得到了杂离子掺杂MBene材料，为MBene材料的合成提供了新的思路。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1方法一制备的MBene的扫描电镜图片；
图2为实施例1方法二NaOH刻蚀制备的MBene的扫描电镜图片；
图3为实施例1方法二HF刻蚀制备的MBene的扫描电镜图片；
图4为实施例1采用四丁基氢氧化铵溶液制备的单层MBene的扫描电镜图片；
图5为实施例1制得的氮掺杂MBene材料的电镜图；
图6为实施例1制得的磷掺杂MBene材料的电镜图；
图7为实施例1制得的硫掺杂MBene材料的电镜图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
实施例1
步骤1.MBene的制备
方法一：
(1)量取20mL HCl 9mol/mL(第一盐酸溶液)，倒入聚四氟乙烯内衬中混合均匀，称取1.6gLiF倒入上述混合液，直至LiF充分溶解，将1gMoAlB粉末少量多次地加入到内衬中，在30℃下搅拌60h，混合搅拌。
(2)反应完成后，将步骤(1)得到的溶液离心得到第一沉淀，将第一沉淀用60ml2mol/mL HCl(第二盐酸溶液)离心洗涤得到第二沉淀，将第二沉淀用去离子水洗涤离心，直至上清液PH≈7，收集沉淀。
(3)将(2)中得到的沉淀放入冰箱预冻4小时，放入冷冻干燥机，干燥48小时，得到MBene粉末。
图1为方法一制备的MBene的扫描电镜图片。从图1可以看出MBene具有明显的层状结构，符合二维材料网络骨架的特点。
方法二：
NaOH刻蚀方法：
(1)称取20gNaOH，量取100mL去离子水，混合均匀配置完成20wt％NaOH溶液；将配置好的NaOH溶液，倒入聚四氟乙烯内衬中，称取1gMoAlB粉末，将MoAlB粉末少量多次地加入到内衬中，在200℃下搅拌0.5h，混合搅拌。
(2)反应完成后，将步骤(1)得到的溶液离心得到沉淀，将沉淀用去离子水洗涤离心，直至上清液PH≈7，收集沉淀。
(3)将(2)中得到的沉淀放入冰箱预冻4小时，放入冷冻干燥机，干燥48小时，得到MBene粉末。
方法二：
HF刻蚀方法：
(1)量取20mL HF溶液(40％wt)，倒入聚四氟乙烯内衬中，称取1gMoAlB粉末，将MoAlB粉末少量多次地加入到内衬中，在30℃下搅拌50h，混合搅拌。
(2)反应完成后，将步骤(1)得到的溶液离心得到沉淀，将沉淀用去离子水洗涤离心，直至上清液PH≈7，收集沉淀。
(3)将(2)中得到的沉淀放入冰箱预冻4小时，放入冷冻干燥机，干燥48小时，得到MBene粉末。
图2为方法二NaOH刻蚀制备的MBene的扫描电镜图片，图3为方法二HF刻蚀制备的MBene的扫描电镜图片。从图2、3可以看出与图1MBene具有相同的结构特点。
步骤2.单层MBene的制备
(1)称取1g步骤1中的MBene粉末(经方法一制备得到)，加入聚四氟乙烯内衬中，量取10mL四丁基氢氧化铵溶液(40wt.％)或二甲基亚砜(99.5％)，倒入内衬中，30℃下，混合搅拌10h。
(2)反应完成，将步骤(1)的溶液进行离心，收集沉淀。
(3)将步骤(2)所得沉淀加入100mL去离子水，在氩气环境下超声2h。
(4)将步骤(3)超声后的溶液进行离心，取上清液放入-20℃冰箱，定向冷冻，放入真空冷冻干燥机，得到单层MBene。
图4为本实施例采用四丁基氢氧化铵溶液制备的单层MBene的扫描电镜图片。从图4可以看出，该材料呈现单层结构。
步骤3.
采用四丁基氢氧化铵溶液制备的单层MBene进行杂原子掺杂：
一、氮掺杂MBene材料的制备
(1)量取40mL提前配置好的浓度为2.0mg/mL单层MBene乙醇溶液与尿素混合，单层MBene与尿素按照1：10的重量比，超声30min使其充分溶解并均匀分散在单层MBene溶液中。
(2)再向步骤(1)的混合溶液中加入10mlL的浓度为50％的氯化铵水溶液，继续超声20min使其完全均匀的分散在上述溶液中，然后将该混合溶液在4000-8000rpm下离心，收集沉淀物，然后过夜60℃烘干，烘干后使用研钵进行研磨。
(3)将得到的粉体放入瓷舟中，从室温以10℃/min的升温速率升温至350℃后保温2h，然后再继续以5℃/min的升温速率升温至1100℃并保温5h，得到氮掺杂MBene材料。
图5为本实施例制得的氮掺杂MBene材料的电镜图，从图中可以看出，经过氮元素的掺杂，MBene骨架结构更加明显。
二、磷掺杂MBene材料的制备
(1)称取300mg单层MBene在100mL去离子水中混合均匀，将混合液超声2h得到3mg/mL单层MBene溶液，然后再加入3g磷酸，继续超声30min使其分散混合均匀。
(2)将(1)中混合液倒入聚四氟乙烯内衬中，放入高压反应釜中拧紧盖子，高压反应釜放入马弗炉中，以10℃/min的升温速率升温至200℃，200℃的条件下保温15h，自然冷却至室温。
(3)将(2)中溶液用去离子水在4000-8000rpm下进行离心洗涤，直至上清液≈7，收集沉淀物，放入-20℃冰箱，定向冷冻，放入真空冷冻干燥机，得到磷掺杂MBene材料。
图6为本实施例制得磷掺杂MBene材料的电镜图。
三、硫掺杂MBene材料的制备
(1)称取200mg单层MBene与2g苯硫醚在100ml去离子水中，在60℃的条件下磁力搅拌3h，得到混合液。
(2)将(1)中混合液倒入聚四氟乙烯内衬中，放入高压反应釜中拧紧盖子，高压反应釜放入马弗炉中，以10℃/min的升温速率升温至210℃，210℃的条件下保温18h，自然冷却至室温。
(3)将(2)中溶液用去离子水和无水乙醇在4000-8000rpm下进行交替离心洗涤，直至上清液≈7，收集沉淀物，放入-20℃冰箱，定向冷冻，放入真空冷冻干燥机，得到磷掺杂MBene材料。
图7为本实施例制得硫掺杂MBene材料的电镜图。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种杂离子掺杂MBene复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：使用方法一或方法二制备MBene
方法一：将MAB材料加入氟化锂与第一盐酸溶液的混合溶液中，在30-200℃下搅拌0.5-100h，得到第一反应体系；将所述第一反应体系离心得到第一沉淀，将所述第一沉淀与第二盐酸溶液混合，离心，得到第二沉淀；对所述第二沉淀进行清洗，直至上清液达到pH为6-8后，冷冻干燥，得到所述MBene；
方法二：将MAB材料与NaOH溶液或HF溶液混合，在30-200℃下搅拌0.5-100h，离心，收集沉淀并清洗，直至上清液达到pH为6-8后，冷冻干燥，得到所述MBene；
步骤2：单层MBene的制备
在30-80℃下，将步骤1制备的MBene与二甲基亚砜或四丁基氢氧化铵溶液混合反应10-48h，反应结束后收集沉淀，得到的沉淀用去离子水进行离心洗涤，向水洗后的沉淀加入去离子水，在保护性气氛下超声，得到单层MBene溶液，冷冻干燥后，得到单层MBene；
步骤3：杂离子掺杂MBene复合材料的制备
保护性气氛下，将所述单层MBene和氮源、磷源或硫源混合，在200-1200℃下处理1-24h，得到所述杂离子掺杂MBene复合材料；
所述MAB材料中，M为SC、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zr、Nb、Tc、Ru、Rh、Hf、Ta或W的一种或几种；A为Cu、Zn、Cd、Au、Ir、Au、Al、Si、P、S、Ga、Ge、As、In、Sn、Sb、TI、Pb或Bi中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述MAB材料为MoAlB、Fe2AlB2、Cr2AlB2、WAlB、MoYAlB、MoScAlB、Mo2Al2B2、CrAlB、Ti2AlB2、Cr3AlB4中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述氟化锂与MAB材料的质量比为1：0.5-10；所述MAB材料与所述第一盐酸溶液的质量体积比为1g/5-100mL，所述第一盐酸溶液的质量浓度为9-12mol/L。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述NaOH溶液中，NaOH与水的质量比为1：(2-100)；所述HF溶液的浓度为10-50wt.％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述MBene与二甲基亚砜的质量比为1：3-20；所述MBene与四丁基氢氧化铵溶液的质量比为1：5-20，所述四丁基氢氧化铵溶液的浓度为10-50wt.％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述单层MBene材料与氮源、磷源或硫源的质量比均为(1-3)：(0.5-15)。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氮源为尿素、三聚氰胺、苯胺、吡咯、氨基酸、铵盐或者氮代乙酰胺、氯化钙和草酸三者的混合液中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磷源为磷酸、草甘膦、亚胺磷、磷酸三甲醋或磷酸盐中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硫源为单质硫、硫化氢、苯硫醚、二硫化碳、硫代硫酸钠、噻吩、硫酸盐和磺酸盐中的一种或几种，或者为单质硫、硫化氢、二硫化碳、硫代硫酸钠、噻吩、硫酸盐或磺酸盐分解所产生的含硫产物。
10.如权利要求1-9任一项所述制备方法制备的杂离子掺杂MBene复合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211443926.9A CN115818657A (zh) | 2022-11-18 | 2022-11-18 | 一种杂离子掺杂MBene复合材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211443926.9A CN115818657A (zh) | 2022-11-18 | 2022-11-18 | 一种杂离子掺杂MBene复合材料的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115818657A true CN115818657A (zh) | 2023-03-21 |
Family
ID=85528936
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211443926.9A Pending CN115818657A (zh) | 2022-11-18 | 2022-11-18 | 一种杂离子掺杂MBene复合材料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115818657A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116895911A (zh) * | 2023-07-25 | 2023-10-17 | 燕山大学 | 一种高性能镁硫电池隔膜及其制备方法 |
| CN118099449A (zh) * | 2024-01-17 | 2024-05-28 | 燕山大学 | 一种镁-二氧化碳电池催化剂材料及制备方法 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106025200A (zh) * | 2016-05-24 | 2016-10-12 | 浙江大学 | 一种氮掺杂MXene电池负极材料的制备方法及其应用 |
| CN109167066A (zh) * | 2018-09-03 | 2019-01-08 | 济南大学 | 一种少层碳化钛原位生长氮掺杂碳纳米管三维复合材料的制备方法 |
| CN109994719A (zh) * | 2019-02-27 | 2019-07-09 | 北京化工大学 | 一种磷掺杂MXene材料及其制备方法 |
| CN113451590A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-09-28 | 合肥工业大学 | 一种离子/电子双传输性MXene基催化剂的制备方法 |
| CN113683092A (zh) * | 2021-10-26 | 2021-11-23 | 中国民航大学 | 一种氮硫共掺杂Ti3C2-MXene纳米片及其制备方法与应用 |
| CN114590817A (zh) * | 2022-04-12 | 2022-06-07 | 郑州航空工业管理学院 | 一种二维层状硼化物材料及其制备方法和作为电磁波吸收材料的应用 |
| CN114804108A (zh) * | 2022-02-25 | 2022-07-29 | 西安理工大学 | N、S共掺杂MXene/纤维素衍生碳气凝胶的制备方法 |
| CN114836644A (zh) * | 2021-01-30 | 2022-08-02 | 苏州北科纳米科技有限公司 | 一种MXenes金属复合材料的制备方法 |
| CN114907722A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-08-16 | 哈尔滨工程大学 | 一种氮、硫掺杂Ti3C2Tx MXene无添加剂喷墨打印墨水的制备方法 |
| CN114956108A (zh) * | 2022-05-25 | 2022-08-30 | 中国科学院大学 | 一种新型二维过渡金属硼化物及其制备方法与作为储能电极材料的应用 |
-
2022
- 2022-11-18 CN CN202211443926.9A patent/CN115818657A/zh active Pending
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106025200A (zh) * | 2016-05-24 | 2016-10-12 | 浙江大学 | 一种氮掺杂MXene电池负极材料的制备方法及其应用 |
| CN109167066A (zh) * | 2018-09-03 | 2019-01-08 | 济南大学 | 一种少层碳化钛原位生长氮掺杂碳纳米管三维复合材料的制备方法 |
| CN109994719A (zh) * | 2019-02-27 | 2019-07-09 | 北京化工大学 | 一种磷掺杂MXene材料及其制备方法 |
| CN114836644A (zh) * | 2021-01-30 | 2022-08-02 | 苏州北科纳米科技有限公司 | 一种MXenes金属复合材料的制备方法 |
| CN113451590A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-09-28 | 合肥工业大学 | 一种离子/电子双传输性MXene基催化剂的制备方法 |
| CN113683092A (zh) * | 2021-10-26 | 2021-11-23 | 中国民航大学 | 一种氮硫共掺杂Ti3C2-MXene纳米片及其制备方法与应用 |
| CN114804108A (zh) * | 2022-02-25 | 2022-07-29 | 西安理工大学 | N、S共掺杂MXene/纤维素衍生碳气凝胶的制备方法 |
| CN114590817A (zh) * | 2022-04-12 | 2022-06-07 | 郑州航空工业管理学院 | 一种二维层状硼化物材料及其制备方法和作为电磁波吸收材料的应用 |
| CN114907722A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-08-16 | 哈尔滨工程大学 | 一种氮、硫掺杂Ti3C2Tx MXene无添加剂喷墨打印墨水的制备方法 |
| CN114956108A (zh) * | 2022-05-25 | 2022-08-30 | 中国科学院大学 | 一种新型二维过渡金属硼化物及其制备方法与作为储能电极材料的应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| LUCAS T. ALAMEDA，ET AL.: "Topochemical Deintercalation of Al from MoAlB: Stepwise Etching Pathway, Layered Intergrowth Structures, and Two-Dimensional MBene", 《JACS》, pages 8833 - 8840 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116895911A (zh) * | 2023-07-25 | 2023-10-17 | 燕山大学 | 一种高性能镁硫电池隔膜及其制备方法 |
| CN116895911B (zh) * | 2023-07-25 | 2024-06-04 | 燕山大学 | 一种高性能镁硫电池隔膜及其制备方法 |
| CN118099449A (zh) * | 2024-01-17 | 2024-05-28 | 燕山大学 | 一种镁-二氧化碳电池催化剂材料及制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN115818657A (zh) | 一种杂离子掺杂MBene复合材料的制备方法 | |
| EP3353841B1 (en) | Method of preparing and application of carbon-selenium composites | |
| CN110853937A (zh) | 一种超级电容器用镍钴双金属硒化物/碳复合物的制备方法 | |
| CN105280897B (zh) | 一种锂离子电池负极材料C/ZnO/Cu复合材料的制备方法 | |
| CN107732164B (zh) | 钠离子电池用介孔结晶型Si-无定型SiO2-有序介孔碳复合材料的制备方法和应用 | |
| CN111137923B (zh) | 一种棱柱状氧化钽纳米材料的制备方法 | |
| CN109607618B (zh) | 蛋黄蛋结构MnO@MnSe复合材料的制备方法 | |
| CN109065873B (zh) | 一种负载型纳米铜介孔石墨氮化碳负极材料的制法及材料 | |
| CN112928388B (zh) | 一种氮化铁和单原子铁共修饰氮掺杂石墨复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN113683120B (zh) | 一种混合相铌基氧化物及其制备方法与储能应用 | |
| CN108039491B (zh) | 一种钠离子电池负极材料三磷酸铁钠及其制备方法 | |
| CN114045517A (zh) | 一种三元层状过渡金属硼化物及其制备方法和应用 | |
| Luo et al. | Hierarchical N/P-Co-doped porous carbon as host materials for high-performance lithium sulfur battery | |
| CN109742361B (zh) | 一种复合物钠离子电池负极材料的制备方法和应用 | |
| CN109455764B (zh) | 一种MnOOH的制备方法 | |
| CN110224128A (zh) | 一种pva热解包覆碳的钴酸锌纳米阵列材料及其制备方法、应用 | |
| CN109473634B (zh) | 固相共热合成二硒化钼/氮掺杂碳棒的方法 | |
| CN111900405B (zh) | 石墨烯基正极材料及其制备方法和锂硫电池 | |
| JP2002093415A (ja) | 非水系リチウム二次電池用複合炭素材料及びその合成方法 | |
| CN108767211B (zh) | 电极材料的制备方法及其电极材料 | |
| Jiang et al. | Two-dimensional ZnS@ N-doped carbon nanoplates for complete lithium ion batteries | |
| CN110853933A (zh) | 一种基于碳布原位合成三氧化钨/五氧化二钒复合电极材料及其制备方法 | |
| CN115732663A (zh) | 一种二氧化钛/异质原子掺杂多孔碳材料的制备方法及储能应用 | |
| CN115626658A (zh) | 一种硫化铋-硫化锌异质结构双金属硫化物的制备方法及由其制备的钾离子电池负极材料 | |
| KR101215443B1 (ko) | 금속인산화물/탄소나노튜브 나노복합체 및 이의 제조 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20230321 |