使用新型可喷印碳化钛/氧化石墨烯复合材料制备过氧化氢电化学传感器的方法技术

本发明专利技术公开了一种使用新型可喷印碳化钛/氧化石墨烯复合材料制备过氧化氢电化学传感器的制备方法。制备方法包括前体碳铝钛的刻蚀、碳化钛的洗涤和剥离、氧化石墨烯（GO）与碳化钛（Ti3C2）的复合，以及其复合物纳米墨水的喷墨印刷。本发明专利技术使用喷墨打印的碳化钛/氧化石墨烯电极对双氧水进行电化学检测。经试验证明，本发明专利技术制备的二维碳化钛/氧化石墨烯复合材料可以用于喷墨印刷，并应用于过氧化氢超高灵敏度电化学检测。本发明专利技术可以快速、低成本加工，可控性强，适用于工业化大规模生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于喷墨印刷领域，具体涉及二维可喷印Ti3C2/GO的制备、分散及其喷墨印刷的方法。
技术介绍
MXene（通常用Mn+1XnTx表示，其中M表示过度金属，X为碳或者氮，T代表-OH、-F和=O等功能基团）是一种新的二维金属碳化物，他们能通过选择性刻蚀MAX相中的A层（通常为IIIA和IVA族元素）来制备。MXene优良的机械、电学、化学和物理性能吸引了很多科学家对其进行研究，碳化钛（Ti3C2）是其中研究较为丰富的。MXene具有亲水性表面和金属导电性，目前有一些研究使用MXene去制备电极材料、超级电容器、传感器等。另外，由于氧化石墨烯（GO）具有良好的水分散性和大量表面活性基团，也是电化学传感中常用的载体材料。喷墨印刷是一种快速，低成本，无接触，按需印刷的新型加工技术，常被用来在工业上印刷电路以及电子芯片。因此在本专利技术中我们采用喷墨印刷来制备Ti3C2/GO复合材料电极，来应用于过氧化氢的超高灵敏度电化学检测。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种二维碳化钛的制备、剥离的方法、其喷墨印刷方法。为达到上述目的，经研究，本专利技术提供如下技术方案：1.二维Ti3C2由6MHCl和LiF混合刻蚀MAX相Ti3AlC2，生成二维MXene相Ti3C2，再用二维Ti3C2去和GO混合。2.所述二维碳化钛的制备、剥离及其喷墨印刷方法，包括如下步骤。(a)把Ti3AlC2（＜40μm）按照球样比10:1球磨8h。1.98gLiF加入到聚四氟乙烯的反应瓶子里，然后加入30mL6MHCl，再然后磁力搅拌直到LiF溶解完全。缓慢加入3g球磨后的Ti3AlC2，以免产生大量热。反应瓶盖上盖子密封，放入水浴，40℃磁力搅拌反应45h；(b)用去离子水将溶液稀释40倍，然后7500rpm离心15min，重复多次离心直到上清液PH≈6。收集沉淀分散于去离子水，通N2水浴超声2h剥离Ti3C2片层；(c)将二维Ti3C2溶液和GO按照1:1的比例混合，磁力搅拌2h，然后水浴超声10min；(d)使用Dimatix2835材料喷墨打印机二维Ti3C2/GO分散液进行喷墨印刷。3.应用使用喷墨打印的Ti3C2/GO复合材料电极作为工作电极，通过电化学手段（循环伏安，微分脉冲等）实现对双氧水的超高灵敏度检测。本专利技术的有益效果：本专利技术公开了利用6MHCl和LiF混合刻蚀Ti3AlC2，生成二维Ti3C2，然后利用超声剥离二维Ti3C2片层，将二维Ti3C2与GO按照一定比例混合，最后使用喷墨打印机印刷二维Ti3C2/GO分散液来制备用作过氧化氢电化学检测的工作电极。通过这种方式制备的电化学传感器与一般零件相比，灵敏度跟高，可以实现对0.1nM级别双氧水的超灵敏检测。另外由于采用了喷墨印刷作为加工方式，可以实现快速、低成本加工，可控性强，更适用于工业化大规模生产。附图说明图1：Ti3AlC2及Ti3C2分子结构示意图。图2：场发射扫描电子显微镜（FESEM）图像。(a)Ti3AlC2原样；(b)Ti3AlC2球磨8h；(c)Ti3C2；(d)二维Ti3C2/GO混合物。图3：Ti3AlC2、Ti3C2、GO及Ti3C2/GO混合物的X射线衍射（XRD）谱图。图4：喷墨印刷Ti3C2/GO的图像。(a)喷墨印刷Ti3C2/GO的数码照片；(b)喷墨印刷Ti3C2/GO的低倍（×200）FESEM图像；(c)喷墨印刷Ti3C2/GO的高倍（×10000）FESEM图像；(d)喷墨印刷Ti3C2/GO的高倍（×30000）FESEM图像。图5：喷墨印刷Ti3C2及Ti3C2/GO混合物的原子力显微镜（AFM）2D及其对应3D图像。(a)喷墨印刷Ti3C2的原子力显微镜（AFM）2D图像；(b)喷墨印刷Ti3C2/GO的原子力显微镜（AFM）2D图像；(c)喷墨印刷Ti3C2的原子力显微镜（AFM）3D图像;(d)喷墨印刷Ti3C2/GO的原子力显微镜（AFM）3D图像。图6：二维Ti3C2/GO检测过氧化氢。（A）二维Ti3C2/GO在0.1MPH7.0PBS中不同浓度过氧化氢的循环伏安（CV）图；（B）二维Ti3C2/GO在0.1MPH7.0PBS中不同浓度过氧化氢的微分脉冲（DPV）图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。1.MAX相的Ti3AlC2。MAX相通常用Mn+1AXn表示，其中M表示过渡金属，A代表IIIA或IVA族元素，X为碳或者氮，n值可以是1、2或3。一个典型的MAX相化合物通常由金属性的A层和陶瓷性的Mn+1Xn层组成，A层的化学活性比Mn+1Xn层更高。二维的MXene相通过HF刻蚀MAX相中的A层来制备。用HF刻蚀MAX相后，MXene的表面通常含有-OH、-F和=O等功能基团，所以MXene相通常用Mn+1XnTx表示。MAX相用HF刻蚀产生MXene相的示意图如图1所示。Ti3AlC2原样品的场发射扫描电子显微镜图像如图2中（a）所示，其中Ti3AlC2颗粒比较大。优选的，我们研究利用球磨法，将Ti3AlC2进一步球磨变小，利于反应和应用。球样比10:1，球磨8h后的Ti3AlC2样品的场发射扫描电子显微镜图像如图2中（b）所示，可以看到大部分Ti3AlC2颗粒明显变小。Ti3AlC2样品的X射线衍射谱图如图3所示，其中39°的衍射峰是的Ti3AlC2的特征峰。2.刻蚀Ti3AlC2制备二维Ti3C2及其剥离。由于HF腐蚀性强、毒性强，所以本实验利用6MHCl和LiF混合以代替HF。30mL6MHCl和1.98gLiF混合，然后磁力搅拌直到LiF溶解完全。3g球磨后的Ti3AlC2(＜40μm)缓慢加入溶液中，以免产生大量热。将反应瓶的盖子盖上密封，放入水浴中，40℃磁力搅拌反应45h。用去离子水将溶液稀释40倍，然后7500rpm离心15min，收集沉淀，重复多次离心直到上清液PH≈6。收集沉淀溶于去离子水，浓度约为2g沉淀溶于500mL去离子水，得到二维Ti3C2溶液。将收集的二维Ti3C2溶液通N2冰水浴超声2h剥离Ti3C2片层，得到单层的二维Ti3C2片层。制备的二维Ti3C2的场发射扫描电子显微镜图像如图2中（c）所示，可以看到二维Ti3C2大量片层，以及球磨产生的很小的碎片层分布在Ti3C2片层周围和其片层中。制备的二维Ti3C2的X射线衍射谱图如图3所示，其中39°的Ti3AlC2的衍射峰消失，表示Ti3AlC2生成二维Ti3C2。我们进一步将制备的二维Ti3C2和GO混合以提高的二维Ti3C2稳定性和电化学性能。二维Ti3C2与GO按1:1的比例混合，混合后磁力搅拌2h，然后水浴超声10min。制备的二维Ti3C2/GO的场发射扫描电子显微镜图像如图2中（d）所示，Ti3C2/GO及GO的X射线衍射谱图如图3所示。3.喷墨印刷二维Ti3C2/GO复合材料。使用二维Ti3C2/GO分散液进行喷墨印刷。所述喷墨印刷采用Fujifilm公司的Dimatix2835喷墨打印机，配备10pL墨匣。喷印材料为二维Ti3C2/GO本文档来自技高网...

【技术保护点】
新型可喷墨印刷二维碳化钛/氧化石墨烯(Ti3C2/GO)复合材料的制备方法，其特征在于，包括；二维Ti3C2由HCl和LiF混合刻蚀Ti3AlC2制备；二维Ti3C2和氧化石墨烯（GO）混合，二维碳化钛/氧化石墨烯(Ti3C2/GO)传感器电极的喷墨印刷制备。

【技术特征摘要】
1.新型可喷墨印刷二维碳化钛/氧化石墨烯(Ti3C2/GO)复合材料的制备方法，其特征在于，包括；二维Ti3C2由HCl和LiF混合刻蚀Ti3AlC2制备；二维Ti3C2和氧化石墨烯（GO）混合，二维碳化钛/氧化石墨烯(Ti3C2/GO)传感器电极的喷墨印刷制备。2.新型可喷墨印刷二维Ti3C2/GO复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）把Ti3AlC2（＜40μm）按照球样比10:1球磨8h；2）将30mL6MHCl和1.98gLiF混合搅拌；3）将球磨后3gTi3AlC2加入上述混合液，混合液40℃磁力搅拌反应45h；4）用去离子水将上述混合液稀释40倍，离心；离心速度为7500rpm，离心时间为15min/次；5）收集沉淀，溶于去离子水，放入冰水浴中...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁博，郑九尚，刁江林，丁艾玲，李长明，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50