本發(fā)明涉及一種快速制備碳納米管-二維碳化鈦復(fù)合材料的方法，屬于材料制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，一類新型二維半導(dǎo)體材料MXenes受到材料研究者的廣泛關(guān)注(Naguib,M.,et al.,Advanced Materials,2014.26(7):992-1005)。MXenes是利用MAX相(M-早期過渡族金屬，A-ⅢA或ⅣA組元素，X-碳和/或氮)中A片層與MX片層之間的弱結(jié)合，用刻蝕劑(如HF、LiF+HCL、NH₄HF₂)將MAX相中的A原層子剝蝕而制備的一種新型二維納米碳化物或碳氮化物，具有較大的比表面積和較窄的帶隙寬度。研究發(fā)現(xiàn)：MXene作為一種導(dǎo)電性能良好且表面官能團(tuán)可調(diào)控的二維層狀材料，在儲(chǔ)能領(lǐng)域有極大的應(yīng)用前景。

二維碳化鈦(Ti₃C₂)是一種典型的MXene材料，密度泛函理論計(jì)算表明Ti₃C₂作為鋰離子電池負(fù)極時(shí)其理論容量為320mAhg^-1，略低于傳統(tǒng)鋰離子電池陽極材料—石墨的理論容量(372mAhg^-1)，但是經(jīng)過分層的Ti₃C₂，其在1C下的容量可達(dá)410mAhg^-1。另外Ti₃C₂在超級(jí)電容器中用作電極材料也被證明是可行的。例如在KOH電解液中，分層Ti₃C₂T_x電容器的體積比電容為340F/cm³，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出碳化物衍生炭電極材料的體積比電容，在1A/g下，經(jīng)過10000次循環(huán)后仍能保持初始比電容，這一數(shù)據(jù)幾乎高于所有的碳基雙電層電容器。

但是Ti₃C₂的層間容易塌陷和堆垛在一起，影響其作為電極材料的性能。因此目前主流的趨勢(shì)是將Ti₃C₂與其它材料復(fù)合，以阻止Ti₃C₂的堆疊，同時(shí)該材料應(yīng)具備良好的導(dǎo)電性和較大的比表面積，以減少離子轉(zhuǎn)移的阻力和增加離子的吸附位點(diǎn)。在Ti₃C₂中添加碳納米管是行之有效的方法。例如碳納米管生長在Ti₃C₂表面或?qū)娱g制備的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，用于鋰離子電池的負(fù)極，獲得的可逆容量在1C下為320mAhg^-1,幾乎是純Ti₃C₂的兩倍(Lin,Z.Y.,et al.,Journal of Materials Chemistry A,2015.3:12096-14100)。但是目前在Ti₃C₂上生長碳納米管，需要真空或惰性氣體保護(hù)，而且需要高溫、碳源以及合適的催化劑，復(fù)雜的工藝和高昂的成本嚴(yán)重制約了該方法的推廣和應(yīng)用。因此，尋求一種高效、價(jià)格低廉的方法是推廣碳納米管-二維碳化鈦的迫切要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明所要解決的問題是：針對(duì)上述觀點(diǎn)，提供一種快速、成本低廉和安全無毒害的碳納米管-二維碳化鈦復(fù)合材料的制備方法。采用該方法制備目標(biāo)材料，克服了傳統(tǒng)方法制備碳納米管的缺點(diǎn)，且該方法簡(jiǎn)單快捷，整個(gè)制備過程不會(huì)用到對(duì)人體有害的試劑原料。

技術(shù)方案：本發(fā)明的快速制備碳納米管-二維碳化鈦復(fù)合材料的方法包括如下步驟：將二維碳化鈦和二茂金屬粉末混合均勻，置于陶瓷或石英容器中，然后微波加熱，從而快速制備碳納米管-二維碳化鈦復(fù)合材料。

其中：所述的二維碳化鈦由Ti₃AlC₂相在氫氟酸或氟化鋰加鹽酸的混合溶液中刻蝕而得；所述的二茂金屬為二茂鐵、二茂鎳或二茂鈷，或該三種材料的任意組合，與二維碳化鈦混合均勻，二維碳化鈦和二茂金屬粉末的重量之比為0.1～5。

所述的二茂金屬和二維碳化鈦混合的方式有兩種：第一種是干法混料，即將兩者機(jī)械或手工混合均勻；第二種是濕法混料，即在二茂金屬和二維碳化鈦的混合物中加入有機(jī)溶劑，然后攪拌成均勻的黏稠漿料，待干燥后即為兩者的均勻混合物。

所述的機(jī)溶劑為丙酮、甲苯或汽油。

所述的微波加熱的功率為700～1800瓦，加熱時(shí)間為5～180秒。

有益效果：與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.設(shè)備投資少，操作簡(jiǎn)單，周期短，能耗少，易實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)，制備過程安全可靠無污染；

2.碳納米管-二維碳化鈦生產(chǎn)效率高。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一中制備的碳納米管-二維碳化鈦復(fù)合材料SEM圖。

具體實(shí)施方式

為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明的碳納米管-二維碳化鈦復(fù)合材料的方法包括以下基本步驟：

1.混料：利用混粉機(jī)或手工研磨的手段將二維碳化鈦和二茂金屬(二茂鐵、二茂鎳、二茂鈷的任意組合)粉末干法或濕法混合均勻；

2.微波加熱：將盛放有混合粉末的陶瓷或石英容器中置于微波裝置中快速加熱，從而迅速制備碳納米管-二維碳化鈦復(fù)合材料。

為進(jìn)一步達(dá)到目的，本發(fā)明還可以將第2步獲得的碳納米管-二維碳化鈦粉末與二茂金屬進(jìn)行混合，多次重復(fù)上述1、2步。最終的結(jié)果是二維碳化鈦表面的碳納米管密度和長度顯著增加。

其中：

所述二維碳化鈦和二茂金屬粉末的重量之比為0.1～5；

所述微波加熱的功率為700～1800瓦，加熱時(shí)間為5～180秒。

實(shí)施例一

混粉機(jī)干法混料，900瓦微波加熱制備碳納米管-二維碳化鈦復(fù)合材料：

1.混料：將二維碳化鈦(100mg)和二茂鐵(100mg)放入10毫升塑料小瓶中，以72轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速在混粉機(jī)上混料1小時(shí)；

2.微波加熱：將步驟1中的盛放混合粉末的陶瓷容器置于微波裝置中，以900瓦的功率快速加熱40秒，從而獲得一種黑色蓬松狀產(chǎn)物，即為目標(biāo)產(chǎn)物。

實(shí)施例二

手工研磨干法混料，720瓦微波加熱制備碳納米管-二維碳化鈦復(fù)合材料：

1.混料：準(zhǔn)確稱量二維碳化鈦和二茂鐵各50mg，放入瑪瑙研缽中仔細(xì)研磨15分鐘；

2.微波加熱：將步驟1中的盛放有混合粉末的石英容器置于微波裝置中，以720瓦的功率快速加熱20秒，獲得一種黑色蓬松狀產(chǎn)物，即為目標(biāo)產(chǎn)物。

實(shí)施例三

手工研磨濕法混料，900瓦微波加熱制備碳納米管-二維碳化鈦復(fù)合材料：

1.混料：將1mL丙酮溶液到入盛放二維碳化鈦(100mg)和二茂鎳(100mg)的陶瓷容器中，手工攪拌，直到丙酮揮發(fā)完畢；

2.微波加熱：將步驟1中盛放有混合粉末的陶瓷容器置于微波裝置中，以900瓦的功率快速加熱40秒，獲得一種黑色蓬松狀產(chǎn)物，重量約為180mg；

3.將步驟2中的粉末與等量二茂鎳混合均勻，然后重復(fù)步驟1和2，可獲得比步驟2量更多的黑色蓬松狀產(chǎn)物，重量約為300mg。

除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均屬于本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。