片的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種二維納米Ti3c2片的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二維納米Ti3C2是新型類石墨稀二維納米材料MXenes家族中最為常見(jiàn)的一種材料。MXenes 二維材料2011年由美國(guó)德雷塞爾大學(xué)的Yury Gogotsi和Michael Barsoum課題組通過(guò)刻蝕MAX化合物(如打#1(:2等)首次得到。以Ti 3C2為代表的MXenes 二維材料具有優(yōu)良的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性以及電化學(xué)活性，在鋰離子電池、超級(jí)電容器、生物傳感器以及氣體檢測(cè)等領(lǐng)域都表現(xiàn)出良好的應(yīng)用潛力。
[0003]目前制備Ti3C2的僅有方法是，采用氫氟酸溶液浸泡Ti3A1C2粉體24小時(shí)以上，刻蝕掉Ti3AlC2中的A1原子，再經(jīng)過(guò)超聲、離子插入、清洗等過(guò)程，獲得二維納米Ti 3C2片，如中國(guó)專利CN 104496461 A和CN 104016345 A。由于在制備過(guò)程中使用了高腐蝕性的氫氟酸，最終產(chǎn)物上容易附著氟化氫分子，在應(yīng)用時(shí)使得Ti3C2具有強(qiáng)烈的腐蝕性，限制了二維納米Ti3C2片的實(shí)用性。因此，有必要探索新穎簡(jiǎn)便、環(huán)境危害小的合成路線來(lái)獲得無(wú)腐蝕性的二維納米Ti3C2片。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中二維納米Ti3C2制備方法使用高腐蝕性氫氟酸所致的不環(huán)保問(wèn)題，本發(fā)明提供一種環(huán)?？煽刂苽涓叻稚⑿远S納米Ti3C2片的方法，該方法制得的Ti3C2產(chǎn)品為二維納米片、無(wú)腐蝕性、分散性好、比表面積大。
[0005]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]—種二維納米Ti3C2片的制備方法，該制備方法采用采用堿性水熱合成法將Ti 3MC2粉末制備成二維納米Ti3C2片，其中Μ為Si或A1。
[0007]該制備方法包括以下步驟:
[0008](1)制備1131(:2超細(xì)粉末；
[0009](2)制備堿性氫氧化物水溶液；
[0010](3)將步驟(1)中制得的超細(xì)粉末加入步驟(2)配制的堿性氫氧化物水溶液中，得到第一混合溶液，并將第一混合溶液制備成懸浮液；
[0011](4)將步驟(3)制得的懸浮液制備成泥狀沉淀；
[0012](5)將步驟(4)中的泥狀沉淀制備成膠體溶液；
[0013](6)將步驟(5)中的膠體溶液制備成二維納米Ti3C2片。
[0014]所述步驟⑴中的超細(xì)粉末是以Ti3MC2粉末為原料，以不銹鋼球?yàn)榍蚰ソ橘|(zhì)，球料質(zhì)量比為5:1，放入球磨罐中，在行星式球磨機(jī)上以300r/min的轉(zhuǎn)速球磨3小時(shí)。
[0015]所述步驟(2)中堿性氫氧化物水溶液采用去離子水溶解氫氧化鉀或氫氧化鈉配制而成，濃度為0.5-4mol/Lo
[0016]優(yōu)選的，所述步驟(2)中堿性氫氧化物水溶液采用去離子水溶解氫氧化鉀配制而成，濃度為lmol/L。
[0017]所述步驟(3)中的第一混合溶液的質(zhì)量體積濃度為每30mL堿性氫氧化物水溶液加入lg超細(xì)粉末。
[0018]所述步驟(3)中的第一混合溶液在室溫條件下超聲1小時(shí)，制備成懸浮液。
[0019]所述步驟(4)中的泥狀沉淀是將步驟(3)中獲得的懸浮液放入水熱釜中，置于烘箱中加熱到240°C并保溫24小時(shí)，待冷卻后將上層清液倒出，即得到泥狀沉淀，備用。
[0020]所述步驟(5)中制備膠體溶液的方法是將步驟(4)中獲得的泥狀沉淀倒入燒杯，先用去離子水洗滌兩次，再用無(wú)水乙醇洗滌一次；洗滌后加入與步驟(3)中使用的堿性氫氧化物水溶液體積等量的去離子水配制成第二混合溶液液，再將第二混合溶液在室溫條件下超聲3小時(shí)，分離沉淀物，即制得膠體溶液。
[0021]所述步驟(6)中的二維納米Ti3C2片是將步驟(5)中所得的膠體溶液放入冰箱冷凍室中冷凍24小時(shí)后，再放入凍干機(jī)中真空凍干制備而成。
[0022]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì):
[0023](1)制備該納米材料從Ti3SiC2、Ti3AlC2等簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物開(kāi)始，來(lái)源簡(jiǎn)單；制備方法中使用堿性氫氧化物水溶液代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氫氟酸進(jìn)行刻蝕，腐蝕性降低，然后經(jīng)過(guò)剝離、凍干可以制得具有納米尺度的片層Ti3C2材料。
[0024](2)本發(fā)明制備的產(chǎn)品為形貌規(guī)則的二維納米片、無(wú)腐蝕性、分散性好、比表面積可達(dá)到 128.4m2/g。
[0025](3)本發(fā)明產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率高，轉(zhuǎn)化率可達(dá)到75%以上。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，具體實(shí)施例的描述本質(zhì)上僅僅是范例，而不是打算對(duì)本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容及其應(yīng)用或使用進(jìn)行限制。
[0027]實(shí)施例1
[0028](1)以Ti3SiC2粉末為原料，以不銹鋼球?yàn)榍蚰ソ橘|(zhì)，球料質(zhì)量比為5:1，放入球磨罐中，在行星式球磨機(jī)上按照300r/min的轉(zhuǎn)速球磨3小時(shí)，得到打^丨^超細(xì)粉末；
[0029](2)室溫下用去離子水充分?jǐn)嚢枋箽溲趸浫芙?，得到氫氧化鉀水溶液，濃度為lmol/L ；
[0030](3)取步驟⑴中的Ti3SiC2超細(xì)粉末加入步驟⑵制得的氫氧化鉀水溶液混合得到第一混合溶液，其中每30mL氫氧化鉀水溶液加入lgTi3Si(^g細(xì)粉末；再將第一混合溶液在室溫下超聲1小時(shí)，得到渾濁的懸浮液；
[0031](4)取步驟(3)中的懸浮液，倒入聚四氟乙烯內(nèi)膽中，再裝入水熱釜中，置于烘箱中加熱到240°C并保溫24小時(shí)，待冷卻后打開(kāi)反應(yīng)釜，將聚四氟乙烯內(nèi)膽中的上層清液倒出，再取出底部的泥狀沉淀；
[0032](5)取步驟(4)中的泥狀沉淀，倒入燒杯，先用去離子水洗滌兩次，再用無(wú)水乙醇洗滌一次；洗滌后加入與步驟(3)中使用的氫氧化鉀水溶液體積等量的去離子水配制第二混合溶液，再將第二混合溶液在室溫條件下超聲3小時(shí)，分離沉淀物，即制得深藍(lán)色的膠體溶液；
[0033](6)取步驟(5)中的膠體溶液放入冰箱冷凍室中冷凍24小時(shí)后，再放入凍干機(jī)中真空凍干，既得二維納米Ti3c2片。
[0034]性能參數(shù):獲得的二維納米Ti3C2片經(jīng)XRD測(cè)試為純Ti 3C2相，按重量計(jì)算轉(zhuǎn)化率為91.5%，比表面積經(jīng)BET測(cè)試為122.9m2/g0
[0035]實(shí)施例2
[0036](1)以Ti3SiC2粉末為原料，以不銹鋼球?yàn)榍蚰ソ橘|(zhì)，球料質(zhì)量比為5:1，放入球磨罐中，在行星式球磨機(jī)上按照300r/min的轉(zhuǎn)速球磨3小時(shí)，得到打^丨^超細(xì)粉末；
[0037](2)室溫下用去離子水充分?jǐn)嚢枋箽溲趸浫芙?，得到氫氧化鉀水溶液，濃度?.5mol/L ；
[0038](3)取步驟⑴中的Ti3SiC2超細(xì)粉末加入步驟⑵制得的氫氧化鉀水溶液混合得到第一混合溶液，其中每30mL氫氧化鉀水溶液加入lgTi3Si(^g細(xì)粉末；再將第一混合溶液在室溫下超聲1小時(shí)，得到渾濁的懸浮液；
[0039](4)取步驟(3)中的懸浮液，倒入聚四氟乙烯內(nèi)膽中，再裝入水熱釜中，置于烘箱中加熱到240°C并保溫24小時(shí)，待冷卻后打開(kāi)反應(yīng)釜，將聚四氟乙烯內(nèi)膽中的上層清液倒出，再取出底部的泥狀沉淀；
[0040](5)取步驟(4)中的泥狀沉淀，倒入燒杯，先用去離子水洗滌兩次，再用無(wú)水乙醇洗滌一次；洗滌后加入與步驟(3)使用的氫氧化鉀水溶液體積等量的去離子水配制第二混合溶液，再將第二混合溶液在室溫條件下超聲3小時(shí)，分離沉淀物，即制得深藍(lán)色的膠體溶液；
[0041](6)取步驟(5)中的膠體溶液放入冰箱冷凍室中冷凍24小時(shí)后，再放入凍干機(jī)中真空凍干，既得二維納米Ti3c2片。
[0042]性能參數(shù):獲得的二維納米Ti3C2片經(jīng)XRD測(cè)試為純Ti 3C2相，按重量計(jì)算轉(zhuǎn)化率為85.2%，比表面積經(jīng)BET測(cè)試為100.7m2/g。
[0043]實(shí)施例3
[0044](1)以Ti3SiC2粉末為原料，以不銹鋼球?yàn)榍蚰ソ橘|(zhì)，球料質(zhì)量比為5:1，放入球磨罐中，在行星式球磨機(jī)上按照300r/min的轉(zhuǎn)速球磨3小時(shí)，得到打^丨^超細(xì)粉末；
[0045](2