CN117641872A - 中空二氧化锰纳米管负载MXene材料及制备方法 - Google Patents
中空二氧化锰纳米管负载MXene材料及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117641872A CN117641872A CN202311592328.2A CN202311592328A CN117641872A CN 117641872 A CN117641872 A CN 117641872A CN 202311592328 A CN202311592328 A CN 202311592328A CN 117641872 A CN117641872 A CN 117641872A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mno
- hollow
- carbon cloth
- mxene
- manganese dioxide
- 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.)
- Granted
Links
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 50
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 84
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 82
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims abstract description 82
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 23
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000000707 layer-by-layer assembly Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000010335 hydrothermal treatment Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 claims abstract 2
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 claims abstract 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 41
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 24
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M lithium fluoride Chemical compound [Li+].[F-] PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 8
- 239000012286 potassium permanganate Substances 0.000 claims description 8
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 7
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 claims description 3
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 3
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 abstract description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 20
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 19
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 15
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 15
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 8
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 7
- 239000002064 nanoplatelet Substances 0.000 description 6
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 5
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 5
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 5
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 5
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 5
- YLZOPXRUQYQQID-UHFFFAOYSA-N 3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-1-[4-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]propan-1-one Chemical compound N1N=NC=2CN(CCC=21)CCC(=O)N1CCN(CC1)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F YLZOPXRUQYQQID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 4
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 3
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 3
- LDXJRKWFNNFDSA-UHFFFAOYSA-N 2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-1-[4-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]ethanone Chemical compound C1CN(CC2=NNN=C21)CC(=O)N3CCN(CC3)C4=CN=C(N=C4)NCC5=CC(=CC=C5)OC(F)(F)F LDXJRKWFNNFDSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000000138 intercalating agent Substances 0.000 description 1
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 239000002057 nanoflower Substances 0.000 description 1
- 239000002055 nanoplate Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K9/00—Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields
- H05K9/0073—Shielding materials
- H05K9/0081—Electromagnetic shielding materials, e.g. EMI, RFI shielding
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
-
- 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
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种中空二氧化锰纳米管负载MXene材料及制备方法，属于电磁吸波材料技术领域。该制备方法包括以下步骤：以水为溶剂，加入锰源制备得到锰源前驱液；将预处理后的碳布浸入锰源前驱液中，60‑90℃进行水热处理，得到负载MnO2的碳布；对负载MnO2的碳布在450‑700℃进行高温退火处理得到中空MnO2纳米管；对MAX相粉末进行刻蚀、插层后得到单层MXene纳米片胶体溶液；将中空MnO2纳米管浸入单层MXene纳米片胶体溶液搅拌发生静电自组装反应，得到中空二氧化锰纳米管负载MXene材料。本发明通过中空结构MnO2纳米管和新型二维材料MXene构筑具有异质结构的轻质纳米吸波材料。
Description
技术领域
本发明涉及电磁吸波材料技术领域，更具体的涉及一种中空二氧化锰纳米管负载MXene材料及制备方法。
背景技术
近年来，先进电子通讯设备的快速发展给人们的社交网络带来了极大的便利。然而，这些电子设备的使用会产生大量的电磁辐射，不仅对人类的健康造成伤害，也对自然环境造成危害。目前，电磁辐射已成为继水、大气和噪声污染之后的第四大污染源。电磁波吸收材料作为一种能有效减少入射电磁波反射并吸收电磁波的材料，可以解决电磁污染问题，因此成为目前研究的热点。
MXene是一种新兴的二维材料，具有类似石墨烯的结构，由于其特殊的层状结构、超高的导电性和丰富的官能团，引起了研究工作者的关注。一般来说，MXene如Ti3C2是通过选择性去除其原相MAX(Ti3AlC2)陶瓷上的金属Al层而制备的。MXene是一类很有前景的吸波材料，二维结构可显著延长电磁波损耗路径，丰富的表面官能团使得材料的润湿能力强，且提供了大量偶极子损耗中心，此外MXene合适的导电能力可以保证吸波体的阻抗匹配。
然而，单纯的二维MXene纳米片容易发生团聚，且过剩的电导率会造成阻抗失配，具有损耗单一、有效吸收带宽窄、匹配厚度较厚。同时绝大多数研究都针对最早发现的Ti3C2材料，其他MXene基材料研究较少。因此迫切需要充分利用二维MXene的特殊结构，设计一种新型高效的电磁吸收材料。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种中空二氧化锰纳米管负载MXene材料及制备方法，本发明以碳布作为模板，通过原位水热合成将MnO2负载在碳布表面，再经历高温退火得到中空结构MnO2纳米管，然后利用静电自组装技术锚定高导电的新型二维材料MXene(Ti3C2，V2C和Nb2C等)构筑具有异质结构的轻质纳米吸波材料。中空结构的MnO2纳米管具有较多的界面，增强了界面极化效应，可以进一步提高吸波性能，同时中空结构使电磁波在材料内部产生多次反射，进一步增强材料对电磁波的吸收；二维材料MXene具有金属导电性、高比表面积及高机械强度等优异性能，可以有效调节吸波材料的阻抗匹配，实现轻质高效的电磁吸收能力。
本发明的第一个目的是提供一种中空二氧化锰纳米管负载MXene材料的制备方法，包括以下步骤：
以水为溶剂，加入锰源制备得到锰源前驱液；将预处理后的碳布浸入锰源前驱液中，60-90℃进行水热处理，得到负载MnO2的碳布；对负载MnO2的碳布在450-700℃进行高温退火处理得到中空MnO2纳米管；
对MAX相粉末进行刻蚀反应得到单层MXene纳米片胶体溶液；
将中空MnO2纳米管浸入单层MXene纳米片胶体溶液搅拌发生静电自组装反应，得到中空二氧化锰纳米管负载MXene材料。
在本发明的一个实施方式中，锰源为高锰酸钾；锰源和水的比例为1-5mmol：30-60mL；水热处理时间为24-48h。
在本发明的一个实施方式中，高温退火是在空气气氛下加热2-5h。
在本发明的一个实施方式中，刻蚀用溶液为氢氟酸或氟化锂与盐酸的混合溶液；
MAX相粉末和混合溶液的比例为0.5-2g：20-40mL。
在本发明的一个实施方式中，MAX相粉末为Ti3AlC2、Ti3AlN2、V2AlC、Nb2AlC、Ta2AlC、Cr2AlC、VNbAlC、Mo2Nb2AlC3中的一种。
在本发明的一个实施方式中，预处理碳布的制备是：将碳布清洗、干燥后，利用硫酸和硝酸进行酸化处理，得到预处理的碳布。
在本发明的一个实施方式中，硫酸和硝酸的体积比为1-5:1，酸化处理时间为24-48h；硫酸的浓度为0.1mol/L，硝酸的浓度为0.1mol/L。
在本发明的一个实施方式中，中空MnO2纳米管和单层MXene纳米片胶体溶液的比例为0.8-5mmol：10mL；静电自组装的反应温度为30-60℃，反应时间是0.5-3h。
本发明的第二个目的是提供上述制备方法制备得到的中空二氧化锰纳米管负载MXene材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)MXene具有丰富表面活性位点、独特的二维层状结构、较大的比表面积、出色的导电性及机械稳定性，可以充分发挥亲水性二维材料的优势，协同构筑具有异质结构的MXene基轻量化吸波材料。
(2)中空结构的MnO2纳米管具有较多的界面，增强了界面极化效应，可以进一步提高吸波性能，同时中空结构使电磁波在材料内部产生多次反射，进一步增强材料对电磁波的吸收。
(3)中空管状MnO2与不同二维MXene(Ti3C2，V2C，Nb2C等)纳米片之间的界面数量可以有效地改善界面极化弛豫，从而促进介电弛豫，大量的异构接口可能通过多次散射和反射为电磁波的耗散提供更多的传输路径。
(4)本发明通过负载MnO2可有效减少MXene纳米片的团聚和堆叠，同时降低电阻率，调控阻抗匹配。
(5)本发明制备的MnO2/MXene纳米复合材料在电磁保护领域具有潜在的应用前景。
附图说明
图1为实施例1中活化预处理后的碳布形貌图。
图2为实施例1中预处理后碳布表面负载MnO2后的碳布形貌图。
图3为实施例1制备的MnO2/Ti3C2 MXene复合材料的形貌图。
图4为实施例2制备的MnO2/V2C MXene复合材料的形貌图。
图5为实施例3制备的MnO2/Nb2C MXene复合材料的形貌图。
图6为不同实施例制备得到的MnO2/MXene复合材料的XRD图。
图7为实施例1制备的中空管状MnO2的电磁吸收性能。
图8为实施例1制备的MnO2/Ti3C2 MXene复合材料的电磁吸收性能。
图9为实施例2制备的MnO2/V2C MXene复合材料的电磁吸收性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，单纯的二维MXene纳米片存在容易发生团聚，且过剩的电导率会造成阻抗失配，具有损耗单一、有效吸收带宽窄、匹配厚度较厚等问题，基于此，本发明利用二维MXene的特殊结构，设计一种电磁吸收材料。
具体技术方案如下：
本发明提供了一种中空二氧化锰纳米管负载MXene材料的制备方法，包括以下步骤：
以水为溶剂，加入锰源制备得到锰源前驱液；将预处理后的碳布浸入锰源前驱液中，60-90℃进行水热处理，得到负载MnO2的碳布；对负载MnO2的碳布在450-700℃进行高温退火处理得到中空MnO2纳米管；
对MAX相粉末进行刻蚀反应得到单层MXene纳米片胶体溶液；
将中空MnO2纳米管浸入单层MXene纳米片胶体溶液搅拌发生静电自组装反应，得到中空二氧化锰纳米管负载MXene材料，记为MnO2/MXene复合材料。
本发明以碳布为模板，利用水热反应在碳布表面原位合成MnO2，然后经过高温退火处理后得到中空MnO2纳米管，然后在MnO2表面负载二维MXene材料，制备中空二氧化锰纳米管负载MXene材料。
本发明采用中空管状的MnO2，中空结构有利于提高比表面积，促进电磁波的多重反射，增强吸收性能。通过负载MnO2有效减少MXene纳米片的团聚和堆叠，同时降低电阻率，调控阻抗匹配。
在一些优选实施例中，锰源为高锰酸钾；锰源和水的比例为1-5mmol：30-60mL；水热处理时间为24-48h。
在一些优选实施例中，高温退火是在空气气氛下加热2-5h。
在一些优选实施例中，刻蚀用溶液为氢氟酸或氟化锂与盐酸混合的混合溶液；
MAX相粉末和混合溶液的比例为0.5-2g：20-40mL。
在一些优选实施例中，MAX相粉末为Ti3AlC2、Ti3AlN2、V2AlC、Nb2AlC、Ta2AlC、Cr2AlC、VNbAlC、Mo2Nb2AlC3中的一种。
本发明以Ti3AlC2、V2AlC、Nb2AlC为例制备得到不同的中空二氧化锰纳米管负载MXene材料，可以理解的是，可以根据制备要求选择不同的MAX相粉末进行制备。
在一些优选实施例中，预处理碳布的制备是：将碳布清洗、干燥后，利用硫酸和硝酸进行酸化处理，得到预处理的碳布。
本发明通过对碳布进行预处理，提高了碳布的亲水性。
在一些优选实施例中，硫酸和硝酸的体积比为1-5:1，酸化处理时间为24-48h；硫酸的浓度为0.1mol/L，硝酸的浓度为0.1mol/L。
在一些优选实施例中，中空MnO2纳米管和单层MXene纳米片胶体溶液的比例为0.83-5mmol：10mL；静电自组装的反应温度为30-60℃，反应时间是0.5-3h。
可以理解地，本发明制备的中空二氧化锰纳米管负载MXene材料可以用于电磁保护领域。
以下结合具体实施例进行进一步说明。
下述实验方法和检测方法，如没有特殊说明，均为常规方法；下述试剂和原料，如没有特殊说明，均为市售试剂和原料，本发明在此不做特别的限定。
实施例1
S1：为了提高碳布的亲水性，将一块2cm×2cm碳布分别用去离子水和乙醇进行超声波清洗，每次清洗30分钟。随后，将其放入干燥箱中，在60℃下干燥6小时。干燥阶段结束后，将碳布浸入体积比约为3:1的40mL硫酸和硝酸混合物溶液中，浸泡约48小时。浸泡后，通过去离子水和乙醇的超声波处理再次对碳布进行仔细清洗，每次清洗时间为30分钟。最后放入干燥箱，60℃干燥12h，得到预处理后的碳布。
S2：制备中空MnO2纳米管
将1.5mmol的高锰酸钾加入50mL去离子水中，搅拌直至完全溶解得到前驱液。将S1得到的碳布浸入前驱液并放入聚四氟乙烯容器内，在80℃下水热反应24小时。冷却至室温并清洗后，获得负载有MnO2的碳布。将产物置于马弗炉中在空气气氛下500℃加热3h，得到中空管状MnO2。
S3：制备二维单层MXene纳米片
为获得二维单层纳米片，将1gTi3AlC2缓慢加入20mL浓度为混合溶液中，并在35℃下搅拌24小时，20mL混合溶液是由1M的HCl和1.5g LiF制备的得到。产物随后进行离心分离，每次以3500转/分钟的速度离心5分钟，直至pH接近中性。随后，在氮气气氛下进行超声处理20分钟，超声功率为700W。最后，再次以3500转/分钟的速度离心60分钟，收集上层溶液，获取单层的Ti3C2纳米片胶体溶液。
S4：将S2得到的72mg中空MnO2纳米管浸入S3得到的10mL单层Ti3C2纳米片胶体溶液中，40℃下磁力搅拌1h充分混合均匀后，并将它们放入真空干燥箱中，在60℃条件下干燥24小时。最终获得MnO2/Ti3C2 Mxene样品。
实施例2
S1：为了提高碳布的亲水性，将一块3cm×3cm碳布分别用去离子水和乙醇进行超声波清洗，每次清洗30分钟。随后，将其放入干燥箱中，在80℃下干燥3小时。干燥阶段结束后，将碳布浸入体积比约为2:1的50mL硫酸和硝酸混合物溶液中，浸泡约36小时。浸泡后，通过去离子水和乙醇的超声波处理再次对碳布进行仔细清洗，每次清洗时间为30分钟。最后放入干燥箱，80℃干燥6h，得到预处理后的碳布。
S2：制备中空MnO2纳米管。将1mmol的高锰酸钾加入40mL去离子水中，搅拌直至完全溶解得到前驱液。将S1得到的碳布浸入前驱液并放入聚四氟乙烯容器内，在60℃下水热反应36小时。冷却至室温并清洗后，获得负载有MnO2的碳布。将产物置于马弗炉中在空气气氛下550℃加热2h，得到中空管状MnO2。
S3：制备二维单层MXene纳米片。为获得二维单层纳米片，将1gV2AlC缓慢加入20mL、浓度为1M的HF溶液中，并在40℃下搅拌48小时。产物随后进行离心分离，每次以8500转/分钟的速度离心5分钟，直至pH接近中性。随后，将产物加入50mL插层剂四甲基氢氧化铵中室温下搅拌6小时。最后，再次以3500转/分钟的速度离心60分钟，收集上层溶液，获取单层的V2C胶体溶液。
S4：将S2得到的87mg中空MnO2纳米管浸入S3得到的10mL单层V2C胶体溶液中，40℃下磁力搅拌1h充分混合均匀后，并将它们放入真空干燥箱中，在70℃条件下干燥16小时。最终获得MnO2/V2C Mxene样品。
实施例3
S1：为了提高碳布的亲水性，将一块2cm×2cm碳布分别用去离子水和乙醇进行超声波清洗，每次清洗30分钟。随后，将其放入干燥箱中，在70℃下干燥5小时。干燥阶段结束后，将碳布浸入体积比约为1:1的50mL硫酸和硝酸混合物溶液中，浸泡约40小时。浸泡后，通过去离子水和乙醇的超声波处理再次对碳布进行仔细清洗，每次清洗时间为30分钟。最后放入干燥箱，70℃干燥8h，得到预处理后的碳布。
S2：制备中空MnO2纳米管。将2mmol的高锰酸钾加入60mL去离子水中，搅拌直至完全溶解得到前驱液。将S1得到的碳布浸入前驱液并放入聚四氟乙烯容器内，在70℃下水热反应30小时。冷却至室温并清洗后，获得负载有MnO2的碳布。将产物置于马弗炉中在空气气氛下600℃加热3h，得到中空管状MnO2。
S3：制备二维单层MXene纳米片。为获得二维单层纳米片，将2gNb2AlC缓慢加入30mL浓度为1M的HF混合溶液中，并在60℃下搅拌96小时。产物随后进行离心分离，每次以7000转/分钟的速度离心8分钟，直至pH接近中性。随后，将产物加入40mL四甲基氢氧化铵中室温下搅拌5小时。最后，再次以5000转/分钟的速度离心100分钟，收集上层溶液，获取单层的Nb2C胶体溶液。
S4：将S2得到的174mg中空MnO2纳米管浸入S3得到的20mL单层Nb2C胶体溶液中，40℃下磁力搅拌1h充分混合均匀后，并将它们放入真空干燥箱中，在80℃条件下干燥10小时。最终获得MnO2/Nb2C Mxene样品。
实施例4
S1：为了提高碳布的亲水性，将一块2cm×2cm碳布分别用去离子水和乙醇进行超声波清洗，每次清洗30分钟。随后，将其放入干燥箱中，在70℃下干燥5小时。干燥阶段结束后，将碳布浸入体积比约为5:1的50mL硫酸和硝酸混合物溶液中，浸泡约40小时。浸泡后，通过去离子水和乙醇的超声波处理再次对碳布进行仔细清洗，每次清洗时间为30分钟。最后放入干燥箱，70℃干燥8h，得到预处理后的碳布。
S2：制备中空MnO2纳米管
将1mmol的高锰酸钾加入30mL去离子水中，搅拌直至完全溶解得到前驱液。将S1得到的碳布浸入前驱液并放入聚四氟乙烯容器内，在60℃下水热反应48小时。冷却至室温并清洗后，获得负载有MnO2的碳布。将产物置于马弗炉中在空气气氛下700℃加热2h，得到中空管状MnO2。
S3：制备二维单层MXene纳米片。为获得二维单层纳米片，将0.5gNb2AlC缓慢加入30mL浓度为1M的HF混合溶液中，并在60℃下搅拌96小时。产物随后进行离心分离，每次以7000转/分钟的速度离心8分钟，直至pH接近中性。随后，将产物加入40mL四甲基氢氧化铵中室温下搅拌5小时。最后，再次以5000转/分钟的速度离心100分钟，收集上层溶液，获取单层的Nb2C胶体溶液。
S4：将S2得到的174mg中空MnO2纳米管浸入S3得到的20mL单层Nb2C胶体溶液中，30℃下磁力搅拌3h充分混合均匀后，并将它们放入真空干燥箱中，在80℃条件下干燥10小时。最终获得MnO2/Nb2C Mxene样品。
实施例5
S1：为了提高碳布的亲水性，将一块2cm×2cm碳布分别用去离子水和乙醇进行超声波清洗，每次清洗30分钟。随后，将其放入干燥箱中，在70℃下干燥5小时。干燥阶段结束后，将碳布浸入体积比约为4:1的50mL硫酸和硝酸混合物溶液中，浸泡约40小时。浸泡后，通过去离子水和乙醇的超声波处理再次对碳布进行仔细清洗，每次清洗时间为30分钟。最后放入干燥箱，70℃干燥8h，得到预处理后的碳布。
S2：制备中空MnO2纳米管
将5mmol的高锰酸钾加入60mL去离子水中，搅拌直至完全溶解得到前驱液。将S1得到的碳布浸入前驱液并放入聚四氟乙烯容器内，在90℃下水热反应24小时。冷却至室温并清洗后，获得负载有MnO2的碳布。将产物置于马弗炉中在空气气氛下450℃加热5h，得到中空管状MnO2。
S3：制备二维单层MXene纳米片。为获得二维单层纳米片，将2gNb2AlC缓慢加入40mL浓度为1M的HF混合溶液中，并在60℃下搅拌96小时。产物随后进行离心分离，每次以7000转/分钟的速度离心8分钟，直至pH接近中性。随后，将产物加入40mL四甲基氢氧化铵中室温下搅拌5小时。最后，再次以5000转/分钟的速度离心100分钟，收集上层溶液，获取单层的Nb2C胶体溶液。
S4：将S2得到的435mg中空MnO2纳米管浸入S3得到的15mL单层Nb2C胶体溶液中，60℃下磁力搅拌0.5h充分混合均匀后，并将它们放入真空干燥箱中，在80℃条件下干燥10小时。最终获得MnO2/Nb2C Mxene样品。
图1为实施例1活化预处理后的碳布形貌图，可以看出碳布的直径在10-20微米，表面光滑无杂质。基于此，在碳布表面负载MnO2，由图2可以看出，碳布表面负载一层致密的MnO2层，MnO2由鳞片状结构组成，具有多孔结构。
图3为实施例1制备的MnO2/Ti3C2 MXene复合材料，退火处理后得到中空管状MnO2，并且主要由棒状MnO2组成，在中空管状MnO2通过静电自组装负载了Ti3C2 MXene纳米片，结合良好。
图4为实施例2制备的MnO2/V2C MXene复合材料，退火处理后得到中空管状MnO2，并且主要由棒状MnO2组成，在中空管状MnO2通过静电自组装负载了V2C MXene纳米片，结合良好。
图5为实施例3制备的MnO2/Nb2C MXene复合材料，退火处理后得到中空管状MnO2，棒状MnO2长度更长，在中空管状MnO2通过静电自组装负载了Nb2C MXene纳米片，结合良好。
图6为MnO2/MXene复合材料的XRD图，可以看到实施例1-实施例3制备的MnO2/MXene复合材料中含有MXene的(002)特征峰，证明Al元素的刻蚀，同时都检测到MnO2，证明复合成功。
图7为实施例1制备的中空管状MnO2的电磁吸收性能，最大吸收强度-18.07dB，有效吸收宽度3.2GHz。
图8为实施例1制备的MnO2/Ti3C2 MXene复合材料的电磁吸收性能，最大吸收强度-37.62dB，有效吸收宽度7.28GHz。
图9为实施例2制备的MnO2/V2C MXene复合材料的电磁吸收性能，最大吸收强度-52.74dB，有效吸收宽度7.68GHz，电磁吸收性能最优。
相比于其他形貌的二氧化锰，比如纳米片，纳米花等，中空管状的MnO2，具有较大的比表面积，本发明制备的MnO2/MXene复合材料利用MnO2的中空结构提高比表面积，促进电磁波的多重反射，有效提高了中空二氧化锰纳米管负载MXene材料的电磁吸收性能。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种中空二氧化锰纳米管负载MXene材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
以水为溶剂，加入锰源制备得到锰源前驱液；将预处理后的碳布浸入锰源前驱液中，60-90℃进行水热处理，得到负载MnO2的碳布；对负载MnO2的碳布在450-700℃进行高温退火处理得到中空MnO2纳米管；
对MAX相粉末进行刻蚀、插层后得到单层MXene纳米片胶体溶液；
将中空MnO2纳米管浸入单层MXene纳米片胶体溶液搅拌发生静电自组装反应，得到中空二氧化锰纳米管负载MXene材料。
2.根据权利要求1所述的一种中空二氧化锰纳米管负载MXene材料的制备方法，其特征在于，锰源为高锰酸钾；锰源和水的比例为1-5mmol：30-60mL；水热处理时间为24-48h。
3.根据权利要求1所述的一种中空二氧化锰纳米管负载MXene材料的制备方法，其特征在于，高温退火是在空气气氛下加热2-5h。
4.根据权利要求1所述的一种中空二氧化锰纳米管负载MXene材料的制备方法，其特征在于，刻蚀用溶液为氢氟酸或氟化锂与盐酸的混合溶液；
MAX相粉末和混合溶液的比例为0.5-2g：20-40mL。
5.根据权利要求1所述的一种中空二氧化锰纳米管负载MXene材料的制备方法，其特征在于，MAX相粉末为Ti3AlC2、Ti3AlN2、V2AlC、Nb2AlC、Ta2AlC、Cr2AlC、VNbAlC、Mo2Nb2AlC3中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种中空二氧化锰纳米管负载MXene材料的制备方法，其特征在于，预处理碳布的制备是：将碳布清洗、干燥后，利用硫酸和硝酸进行酸化处理，得到预处理的碳布。
7.根据权利要求6所述的一种中空二氧化锰纳米管负载MXene材料的制备方法，其特征在于，硫酸和硝酸的体积比为1-5:1，酸化处理时间为24-48h；硫酸的浓度为0.1mol/L，硝酸的浓度为0.1mol/L。
8.根据权利要求1所述的一种中空二氧化锰纳米管负载MXene材料的制备方法，其特征在于，中空MnO2纳米管和单层MXene纳米片胶体溶液的比例为0.8-5mmol：10-20mL；静电自组装的反应温度为30-60℃，反应时间是0.5-3h。
9.一种权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到的中空二氧化锰纳米管负载MXene材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311592328.2A CN117641872B (zh) | 2023-11-27 | 2023-11-27 | 中空二氧化锰纳米管负载MXene材料及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311592328.2A CN117641872B (zh) | 2023-11-27 | 2023-11-27 | 中空二氧化锰纳米管负载MXene材料及制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117641872A true CN117641872A (zh) | 2024-03-01 |
| CN117641872B CN117641872B (zh) | 2024-06-11 |
Family
ID=90021042
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311592328.2A Active CN117641872B (zh) | 2023-11-27 | 2023-11-27 | 中空二氧化锰纳米管负载MXene材料及制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117641872B (zh) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111403696A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-07-10 | 浙江工业大学 | 一种片状二氧化锰中空框架结构材料及其制备方法、应用 |
| CN111629575A (zh) * | 2020-04-16 | 2020-09-04 | 北京服装学院 | 一种MXene基纳米复合吸波材料及其制备方法 |
| CN113675004A (zh) * | 2021-08-16 | 2021-11-19 | 信阳师范学院 | MnO2包覆的MXene/C纳米纤维材料制备方法 |
| US20220045434A1 (en) * | 2020-08-05 | 2022-02-10 | University Of Electronic Science And Technology Of China | Mxene-based terahertz wave broadband super-strong absorbing foam |
| CN114613952A (zh) * | 2022-02-25 | 2022-06-10 | 华南理工大学 | 一种静电自组装SnO2@NDPC/MXene纳米复合材料及其制备方法与应用 |
| WO2022242256A1 (zh) * | 2021-05-17 | 2022-11-24 | 江南大学 | 一种轻质多孔MXene基复合薄膜电磁屏蔽材料及其制备方法 |
| CN115843172A (zh) * | 2021-09-18 | 2023-03-24 | 安徽璜峪电磁技术有限公司 | 一种中空碳负载金属镍颗粒及制备方法和微波吸收的应用 |
| WO2023077620A1 (zh) * | 2021-11-02 | 2023-05-11 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种基于MXene废弃沉淀制备的电磁波吸收材料及其制备方法和应用 |
| CN116315732A (zh) * | 2023-05-24 | 2023-06-23 | 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司 | 一种纳米中空异质双壳结构电磁波吸收材料及制备方法 |
| CN116960335A (zh) * | 2023-05-09 | 2023-10-27 | 北京航空航天大学 | 钠离子电池正极片及其制备方法、钠离子电池 |
-
2023
- 2023-11-27 CN CN202311592328.2A patent/CN117641872B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111403696A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-07-10 | 浙江工业大学 | 一种片状二氧化锰中空框架结构材料及其制备方法、应用 |
| CN111629575A (zh) * | 2020-04-16 | 2020-09-04 | 北京服装学院 | 一种MXene基纳米复合吸波材料及其制备方法 |
| US20220045434A1 (en) * | 2020-08-05 | 2022-02-10 | University Of Electronic Science And Technology Of China | Mxene-based terahertz wave broadband super-strong absorbing foam |
| WO2022242256A1 (zh) * | 2021-05-17 | 2022-11-24 | 江南大学 | 一种轻质多孔MXene基复合薄膜电磁屏蔽材料及其制备方法 |
| CN113675004A (zh) * | 2021-08-16 | 2021-11-19 | 信阳师范学院 | MnO2包覆的MXene/C纳米纤维材料制备方法 |
| CN115843172A (zh) * | 2021-09-18 | 2023-03-24 | 安徽璜峪电磁技术有限公司 | 一种中空碳负载金属镍颗粒及制备方法和微波吸收的应用 |
| WO2023077620A1 (zh) * | 2021-11-02 | 2023-05-11 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种基于MXene废弃沉淀制备的电磁波吸收材料及其制备方法和应用 |
| CN114613952A (zh) * | 2022-02-25 | 2022-06-10 | 华南理工大学 | 一种静电自组装SnO2@NDPC/MXene纳米复合材料及其制备方法与应用 |
| CN116960335A (zh) * | 2023-05-09 | 2023-10-27 | 北京航空航天大学 | 钠离子电池正极片及其制备方法、钠离子电池 |
| CN116315732A (zh) * | 2023-05-24 | 2023-06-23 | 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司 | 一种纳米中空异质双壳结构电磁波吸收材料及制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117641872B (zh) | 2024-06-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2022242256A1 (zh) | 一种轻质多孔MXene基复合薄膜电磁屏蔽材料及其制备方法 | |
| CN109167066A (zh) | 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 | |
| CN113185193B (zh) | 一种MXene复合纤维增强石墨烯气凝胶吸波材料及其制备方法 | |
| Dai et al. | Construction of Ni@ polypyrrole nanochains/Ti 3 C 2 T x ternary composites with excellent microwave absorption properties | |
| CN108807905B (zh) | 一种可调空腔结构的氧化铁@氧化钛复合负极材料的制备方法 | |
| CN108772079A (zh) | 一种纳米黑磷/石墨烯复合材料的制备方法 | |
| CN109666451A (zh) | 一种利用生物质碳源制备吸波材料的方法 | |
| CN106883818B (zh) | 核壳型碳球/碳纳米管复合吸波材料及制备方法 | |
| CN113629245A (zh) | 一种碳材料与过渡金属化合物的新型复合方法、复合材料及应用 | |
| CN113873859A (zh) | CoFe@MXene/碳气凝胶复合材料的制备方法 | |
| CN112786865A (zh) | 一种MoS2准量子点/氮硫共掺杂生物质碳复合纳米材料的制备方法和应用 | |
| CN114561805B (zh) | 一种柔性电磁屏蔽材料及其制备方法 | |
| CN108831751A (zh) | 一种以FeCo2O4为基底的微纳米复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN117641872B (zh) | 中空二氧化锰纳米管负载MXene材料及制备方法 | |
| CN109971420B (zh) | 一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料的制备方法及应用 | |
| CN115650286B (zh) | 一种rGO/MXene/TiO2/Fe2C多级异质结构多孔微球吸波材料的制备方法 | |
| CN115867013A (zh) | 一种高联通网络结构多孔炭基复合电磁屏蔽材料及其制备方法 | |
| CN115318210A (zh) | 一种电磁屏蔽用二硫化钴/多孔碳/碳化硅气凝胶复合材料的制备方法和应用 | |
| CN110137439A (zh) | 过渡金属氧化物@碳复合纳米材料的制备方法 | |
| CN113697849A (zh) | 一种MXene/rGO/二氧化锡纳米复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN116887594B (zh) | MXene基磁电耦合型电磁吸波材料及其制备方法和应用 | |
| CN117229756B (zh) | 一种层间距可调控的MXene基纳米复合吸波材料的制备方法 | |
| CN114956830B (zh) | 氮化硼包覆碳纳米管增强的聚合物转化陶瓷基吸波材料及制备方法 | |
| CN109456478A (zh) | 一种石墨烯/聚苯胺二元吸波材料的制备方法 | |
| CN115920790B (zh) | 一种多功能氮掺杂碳气凝胶的制备方法 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |