一种铝液浸泡MAX相制备抗氧化MXene的方法与流程

一种铝液浸泡max相制备抗氧化mxene的方法
技术领域
1.本发明属于二维纳米材料技术领域，具体涉及一种铝液浸泡max相制备抗氧化mxene的方法。


背景技术：

2.mxenes是一大类二维过渡金属碳化物，氮化物和碳氮化物，其通式为m
n 1
xnt
x
，其中m是早期的过渡金属，x是碳和/或氮，n是1到4的整数。tx表示通常由湿法化学蚀刻方法产生的表面终端（= o，-oh和-f）用于从其max相前驱物生产mxene（a通常为13或14组元素，例如铝、硅）。mxenes可以形成稳定的胶体溶液，无需任何添加剂或表面活性剂，可以轻松地使用最便宜，最安全的溶剂——水，进行加工。目前已发现的mxene材料约70种，包括ti3c2、ti2c、v2c、nb2c、nb4c3、ta4c3和ti4n3等，mxenes在材料领域有着极大的潜力。
3.随着mxene研究范围的扩大，通过探索新的合成路线和加工方法以提高mxene的质量来提高其性能的研究也在不断发展。但是，mxene在水溶液中会快速氧化，一般储存在水性介质中时不会超过连续几周。在这里，为解决mxene在水溶液中会快速氧化的问题，我们对max相前体进行改良。为了不引入不易去除的杂质，我们选择使用铝液浸泡法改良max相前体，过量的铝会导致化学计量和结晶度得到改善的m
n 1
alxn晶粒的产生，这种方法制备的mxene具有明显改善的抗氧化性，延长了其水溶液的保存时间和其稳定性。
4.yury gogotsi在题目为“改进max相用于环境稳定且高导电性ti3c
2 mxene的合成”文章中报道了一种通过控制tic、ti和al粉的比例改进max相从而合成稳定ti3c2的方法。
5.中国科学院宁波材料技术与工程研究所在申请公布号为cn104947029b的中国专利中提供了一种热喷涂制备max相陶瓷涂层的方法。
6.中国科学院金属研究所 在申请公布号为 cn104894516a的中国专利中提供了一种低温高效制备三元层状max相陶瓷涂层的方法。
7.中国科学院金属研究所在申请公布号为cn wo2020042950a1的中国专利中提供了一种短纤维增强取向max相陶瓷基复合材料及制备方法。
8.北京科技大学在申请公布号为cn110371979a 的中国专利中提供了一种碱液刻蚀制备mxene量子点的方法。
9.深圳瀚光科技有限公司在申请公布号为cn111661848a 的中国专利中提供了一种电化学制备mxene的方法。


技术实现要素：

10.为了克服mxene易氧化的缺点，本发明的目的在于提供一种铝液浸泡max相制备抗氧化mxene的方法。本发明采用铝液浸泡改良max相前驱体，再用熔盐法或hf刻蚀制得mxene材料。与传统制备方法不同的是：在刻蚀mxene材料前，在前驱体里加入了过量的铝，高温煅烧使铝熔化，通过铝液浸泡max前驱体，由max相刻蚀成mxene时，采用熔盐法或hf刻蚀，这种方法制得的mxene材料导电率更高，抗氧化能力更强，延长了mxene悬液的保质期。
11.本发明的技术方案包括以下步骤，具体为：ⅰ、铝液浸泡改良max相前驱体步骤1：max相和铝混合，其中保证加入的铝溶化后铝液能完全浸没max相（铝包括但不限于al粉、al块、al片、al条、al合金），装到氧化铝坩埚中，石墨箔覆盖，放入管式炉中；步骤2：将混合物在惰性气氛下煅烧，煅烧温度为800~1000 ℃，保温时间为2~3小时，加热和冷却速率为3~5 ℃/min；步骤3：冷却至室温，研磨烧结块，得到al-m
n 1
alxn粉末步骤4：用9m hcl进行洗涤，洗涤时间不少于4h，直至al-m
n 1
alxn相溶液中不再有气泡逸出为止；步骤5： 用滤膜的孔径为5μm的真空抽滤装置过滤al-m
n 1
alxn/hcl混合物，用去离子水反复抽滤；步骤6： 然后将中和的max在60~80℃的真空烘箱中干燥至少6 h；步骤7： 然后将干燥的al-m
n 1
alxn通过400~800目的颗粒筛进行筛分；步骤8： 然后将洗涤，干燥并过筛的al-m
n 1
alxn进行蚀刻，以生产mxene。
[0012]ⅱ、刻蚀所述方法包括：（1）熔盐法刻蚀改良max相材料合成mxene 材料称取改良max相原料、氯离子盐或溴离子盐、nacl和kcl，将其放入球磨设备中充分球磨混合均匀。随后将研磨好的粉末放入氧化铝坩埚中，放入管式炉中在惰性气氛下高温反应后冷却。将反应产物放入稀盐酸中浸泡，之后超声清洗震荡静置，取沉淀物，用去离子水反复离心清洗即可得到多层mxene材料；（2）hf刻蚀改良max相材料合成mxene 材料；将改良max相原料与hcl，去离子水和hf混合物混合，搅拌过夜，离心洗涤得到多层沉积物，随后在licl溶液中插层，用去离子水反复离心清洗即可得到单层mxene材料。
[0013]
重要的是要注意，蚀刻前酸洗al-ti3alc2对于获得高稳定性悬浮液至关重要，因为来自中间杂质的任何残留离子都可能导致悬浮液絮凝。
[0014]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1) 改良m
n 1
alxn以产生结构改进的化学计量比最大的max相，提高了所得mxene薄片的质量；(2) mxene单片状质量的改善导致mxene薄膜具有更高的电子导电性；(3) 所制备mxene具有较好的抗氧化性，从而显着提高了mxene的保存期限和化学稳定性，为mxene的研究提供了简便性。
附图说明
[0015]
图1为ti3c
2 mxene材料的电子扫描图像，（a）铝液浸泡制得al-ti3alc2相的sem图；（b）多层ti3c
2 mxene材料的sem图；（c）单层ti3c
2 mxene材料的sem图图2为单层ti3c
2 mxene材料的tem图图3为未用铝液浸泡方法制备ti3c
2 mxene材料和铝液浸泡法制备ti3c
2 mxene材料的对比实物图，（a-c）一个月内，玻璃瓶内ti3c
2 mxene材料已被完全氧化；（d-e）六个月后，敞口培养皿内放置的ti3c
2 mxene材料未被氧化，并依然保持良好的流动性
具体实施方法下面结合实施例具体介绍本发明的实质性内容。
[0016]
实施例1在本实施例中，通过以下方法制备ti3c2mxene:ti3alc2和过量铝粉混合，装到氧化铝坩埚中，石墨箔覆盖，放入管式炉中；将混合物在ar气氛下煅烧，煅烧温度为700 ℃，保温时间为2 h，加热和冷却速率为3 ℃/min；冷却至室温，研磨烧结块，得到al-ti3alc2粉末；随后用9m hcl进行洗涤，直至al-ti3alc2相溶液中不再有气泡逸出为止；用孔径为5μm的滤膜过滤al-ti3alc2/hcl混合物，用去离子水反复抽滤；然后将中和的al-ti3alc2在60℃的真空烘箱中干燥8 h；将干燥的al-ti3alc2通过400目的颗粒筛进行筛分。称取改良max相原料、nicl、nacl和kcl，将其放入球磨设备中充分球磨混合均匀。随后将研磨好的粉末放入氧化铝坩埚中，放入管式炉中在惰性气氛下高温反应后冷却。将反应产物放入稀盐酸中浸泡，之后超声清洗震荡静置，取沉淀物，用去离子水反复离心清洗即可得到多层mxene材料。
[0017]
实施例2在本实施例中，通过以下方法制备ti2c mxene:ti2alc和过量铝片混合，装到氧化铝坩埚中，石墨箔覆盖，放入管式炉中；将混合物在ar气氛下煅烧，煅烧温度为700 ℃，保温时间为2 h，加热和冷却速率为3 ℃/min；冷却至室温，研磨烧结块，得到al-ti2alc粉末；随后用9m hcl进行洗涤，直至al-ti2alc相溶液中不再有气泡逸出为止；用孔径为5μm的滤膜过滤al-ti2alc/hcl混合物，用去离子水反复抽滤；然后将中和的al-ti2alc在60℃的真空烘箱中干燥8 h；将干燥的al-ti2alc通过400目的颗粒筛进行筛分。将改良max相原料与hcl，去离子水和hf混合物混合，搅拌过夜，离心洗涤得到多层沉积物，随后在licl溶液中插层，用去离子水反复离心清洗即可得到单层mxene材料。
[0018]
实施例3在本实施例中，通过以下方法制备ti3c
2 mxene:ti3alc2和过量铝粉混合，装到氧化铝坩埚中，石墨箔覆盖，放入管式炉中；将混合物在ar气氛下煅烧，煅烧温度为800 ℃，保温时间为3 h，加热和冷却速率为5 ℃/min；冷却至室温，研磨烧结块，得到al-ti3alc2粉末；随后用9m hcl进行洗涤，直至al-ti3alc2相溶液中不再有气泡逸出为止；用孔径为5μm的滤膜过滤al-ti3alc2/hcl混合物，用去离子水反复抽滤；然后将中和的al-ti3alc2在70℃的真空烘箱中干燥6 h；将干燥的al-ti3alc2通过400目的颗粒筛进行筛分。将改良max相原料与hcl，去离子水和hf混合物混合，搅拌过夜，离心洗涤得到多层沉积物，随后在licl溶液中插层，用去离子水反复离心清洗即可得到单层mxene材料。
[0019]
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。