一种纳米层状复合材料的制备方法技术

一种纳米层状复合材料的制备方法，将含Ti的MAX材料粉体放入腐蚀液中，持续腐蚀0.5～48h，过程中持续施加超声波震荡，得到纳米层状TiC材料；然后将层状TiC材料在碱性溶液中进行原位氧化，得到TiC/TiO

A preparation method of nano layered composite

【技术实现步骤摘要】
一种纳米层状复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种特殊层状材料的制备工艺，具体涉及一种纳米层状复合材料的制备方法。
技术介绍
MAX材料是一类新型层状结构的三维层状晶体，其化学通式为Mn+1AXn(n＝1～6)，简称MAX。其中M为过渡金属元素，A为第Ⅲ和第Ⅳ主族元素，X为C或N元素，各类原子在平面内以共价键结合形成原子级厚度的片层，片层间则以范德华力结合。该材料的剥离是利用M-A与M-C之间键能的差值，在保持不破坏M-C结构的同时，破坏M-A间的化学键，使A层脱离MAX基体，从而得到二维层状纳米材料，此类材料也被称为MXenes材料。二维层状MXenes材料具有独特的层状结构、良好的导电性、卓越的化学稳定性、优良的生物相容性、亲水性表面以及表面官能团可调节性使得二维层状MXenes材料在储氢、铅吸附、隔膜、传感器、催化剂、锂离子电池和超级电容器等领域有着广泛的应用。将MXenes材料用于锂离子电池和超级电容器的电极材料时，把多层的MXenes剥离成单层后再堆叠成纸状后，剥离后的MXene层与层之间更开放、距离更大，电解液的润湿和电荷的转移更加容易，因此可以提升其电化学性能。但经过一定的电化学循环后，片层之间不可避免的会发生倒塌和粘连，降低了电极材料的导电性及电极材料和电解液的有效接触面积，会使得材料的电化学性能急剧下降。因此，研究者通常在MXene层间引入CNFs、PVP、纳米Ag等夹层物质来减少片层之间的倒塌和粘连。但引入外加的夹层物质，引入量太少不足以支撑起片层结构，引入量较大又阻挡电荷的转移造成电导率和电化学性能的下降，同时还有夹层物各层之间分布不匀，发生团聚等问题。
技术实现思路
为克服上述现有技术中的问题，本专利技术的目的在于提供一种纳米层状复合材料的制备方法。为达到以上目的，本专利技术是采取如下技术方案予以实现的：一种纳米层状复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)利用强酸或强碱溶液作为腐蚀液并置于反应容器中，将含Ti的MAX材料粉体放入腐蚀液中，腐蚀0.5～48h，过程中持续施加超声波震荡，然后离心分离，清洗，干燥，得到纳米层状TiC材料；2)将纳米层状TiC材料在碱性溶液中进行原位氧化，得到TiC/TiO2纳米复合材料；3)将可溶性钡盐与TiC/TiO2纳米复合材料加入到碱性溶液中，得到混合溶液，将混合溶液进行水热反应，得到TiC/BaTiO3纳米层状复合材料。本专利技术进一步的改进在于，步骤1)中，强碱为NaOH与KOH中的一种或两种；强酸为氢氟酸、HNO3与盐酸中的一种或几种。本专利技术进一步的改进在于，步骤1)中，含Ti的MAX材料粉体为Ti2CdC、Ti2AlC、Ti3AlC2、TiGaC、Ti2InC、Ti3SiC2、Ti4GaC3、Ti3GeC2、Ti4SiC3、Ti2GeC、Ti2SnC、Ti3SnC2、Ti4GeC3、Ti2PbC、Ti2SC与Ti2TlC中的一种或几种。本专利技术进一步的改进在于，步骤1)中，纳米层状TiC材料中含有Ti3C2、Ti2C与TiC中的一种或几种。本专利技术进一步的改进在于，步骤2)中，碱性溶液为NaOH水溶液与KOH水溶液中的一种或两种，碱性溶液浓的度为2～8mol/L；还原氧化反应温度为10～65℃，反应时间为1～24h。本专利技术进一步的改进在于，步骤2)中，当碱性溶液为NaOH与KOH的混合水溶液时，NaOH与KOH的摩尔比为1:1。本专利技术进一步的改进在于，步骤3)中，可溶性钡盐为Ba(NO3)2、BaCl2与Ba(OH)2中的一种或几种；混合溶液中可溶性钡盐的浓度为0.02～0.2mol/L。本专利技术进一步的改进在于，步骤3)中，碱性溶液为NaOH水溶液与KOH水溶液中的一种或两种，碱性溶液的浓度为0.2～1mol/L。本专利技术进一步的改进在于，步骤3)中，碱性溶液为NaOH水溶液与KOH水溶液的混合物时，NaOH与KOH的摩尔比为1:1。本专利技术进一步的改进在于，步骤3)中，水热反应的温度为180～260℃，反应时间为6～18h。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：①本专利技术通过原位化学反应，在MXenes层间生长出压电陶瓷纳米线，形成层状MXenes夹层纳米纤维的纳米复合材料；②压电陶瓷纳米线是以层状MXenes中的Ti元素为反应原料，在片层上发生原位反应，均匀的生长出来，避免了外加夹层物质分散性不好的问题，分布更加均匀；③通过反应温度，反应物浓度，反应时间等参数的调整，可以控制生成纳米线的数量和尺寸，避免出现夹层物过多造成电导率和电化学性能的下降；④该材料作为电极材料使用时，在充放电过程中的电场作用下，压电陶瓷纳米线可以产生物理形变，尺寸增加，对MXenes片层形成有效支撑，避免了MXenes片层在多次充放电循环后发生片层的粘连；纳米线的取向有一定的随机性，保证了在充、放电时，电场方向相反的情况下，始终有一定数量的纳米线能起到支撑作用，保证了支撑效果。本专利技术方法简单，可操作性强，实现结果好，能够得到微观形貌好，电化学性能高的Mxenes材料。附图说明图1是本专利技术实施例1中所使用MAX(Ti3AlC2)材料纳米颗粒腐蚀剥离后得到的Ti3C2纳米层状材料的SEM扫描电镜图片。图2是本专利技术实施例1中的Ti3C2纳米层状材料经原位氧化后得到的TiC/TiO2纳米复合材料的SEM扫描电镜图片。图3是本专利技术实施例1中的TiC/TiO2纳米复合材料经水热反应后得到的TiC/BaTiO3纳米复合材料的SEM扫描电镜图片。图4是本专利技术实施例1中的TiC/TiO2纳米复合材料的X射线衍射图谱。图5是本专利技术实施例1中的TiC/BaTiO3纳米复合材料的X射线衍射图谱。图6是本专利技术实施例1中的TiC/BaTiO3纳米复合材料的在1A/g条件下的恒电流充放电曲线。图7是本专利技术实施例1中的TiC/BaTiO3纳米复合材料的在0.5A/g～20A/g的不同电流大小条件下的比电容变化曲线。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术利用三元MAX材料制备MXenes/压电高性能纳米层状复合材料，包括MAX材料的腐蚀剥离和复合材料的原位反应合成两个主要过程，具体按照以下几个步骤进行：(1)MAX材料的腐蚀剥离：将三元MAX材料中的A相腐蚀掉，得到Mxenes材料。由于后续的复合材料的制备是基于TiO2和BaTiO3的原位合成，因此选用含Ti的系列MAX材料，包括但不局限于Ti2CdC、Ti2AlC、Ti3AlC2、TiGaC、Ti2InC、Ti3SiC2、Ti4GaC3、Ti3GeC2、Ti4SiC3、Ti2GeC、Ti2SnC、Ti3SnC2、Ti4GeC3、Ti2PbC、Ti2SC、Ti2TlC等材料中的一种或几种。具体为：利用强酸或强碱作为腐蚀液并置于反应容器中，称取MAX粉体并放入腐蚀液中，使腐蚀液保持4～60℃并加上强力搅拌，搅拌转速200～1600r/m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米层状复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)利用强酸或强碱溶液作为腐蚀液并置于反应容器中，将含Ti的MAX材料粉体放入腐蚀液中，腐蚀0.5～48h，过程中持续施加超声波震荡，然后离心分离，清洗，干燥，得到纳米层状TiC材料；/n2)将纳米层状TiC材料在碱性溶液中进行原位氧化，得到TiC/TiO

【技术特征摘要】
1.一种纳米层状复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)利用强酸或强碱溶液作为腐蚀液并置于反应容器中，将含Ti的MAX材料粉体放入腐蚀液中，腐蚀0.5～48h，过程中持续施加超声波震荡，然后离心分离，清洗，干燥，得到纳米层状TiC材料；
2)将纳米层状TiC材料在碱性溶液中进行原位氧化，得到TiC/TiO2纳米复合材料；
3)将可溶性钡盐与TiC/TiO2纳米复合材料加入到碱性溶液中，得到混合溶液，将混合溶液进行水热反应，得到TiC/BaTiO3纳米层状复合材料。


2.根据权利要求1所述的一种纳米层状复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，强碱为NaOH与KOH中的一种或两种；强酸为氢氟酸、HNO3与盐酸中的一种或几种。


3.根据权利要求1所述的一种纳米层状复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，含Ti的MAX材料粉体为Ti2CdC、Ti2AlC、Ti3AlC2、TiGaC、Ti2InC、Ti3SiC2、Ti4GaC3、Ti3GeC2、Ti4SiC3、Ti2GeC、Ti2SnC、Ti3SnC2、Ti4GeC3、Ti2PbC、Ti2SC与Ti2TlC中的一种或几种。


4.根据权利要求1所述的一种纳米层状复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，纳米层状TiC材料中含有Ti3C2、Ti2C与TiC中...

【专利技术属性】
技术研发人员：张佩，南小叶，李旭，杨驰，王甜，郭江，朱建锋，王芬，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61