副族金属复合MXenes的复合材料、其制法及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种副族金属复合MXenes的复合材料及其制法。所述副族金属复合MXenes的复合材料包括MXenes材料和副族金属，所述MXenes材料的表面原位包覆有所述副族金属，且所述MXenes材料的层间也分布有所述副族金属。所述制法包括：采用熔盐法，将前驱体Mn+1AXn相材料、副族金属盐和无机盐研磨5～60min，并将所获混合物于惰性气氛中在300～800℃反应1～48h，之后进行后处理，获得副族金属复合MXenes的复合材料。本发明专利技术的复合材料具有组分可调、成分均匀、低成本、环保高效等优点，在电化学储能用电极材料、吸波材料、电磁屏蔽材料、催化剂等领域具有应用前景。

【技术实现步骤摘要】
副族金属复合MXenes的复合材料、其制法及应用
本专利技术涉及MXenes复合材料
，特别涉及一种副族金属复合MXenes的复合材料、其制备方法及应用。
技术介绍
二维(2D)材料，是具有高纵横比和几个原子层厚度的晶体材料，例如石墨烯、MoS2、六方氮化硼、过渡金属氧化物以及粘土，由于其独特的物理和化学性质，引起了科学家的极大兴趣。Naguib在2011年报道了一种新的二维过渡金属碳化物和碳氮化物，由于具有与石墨烯类似的结构，故命名为MXenes。MXenes是一种新型的二维过渡金属碳化物和/或碳氮化物，通过化学蚀刻MAX相(其中M表示过渡金属，例如Sc、Ti、V、Cr、Mn、Ta、Nb等，A是13-16族中的元素，例如Al、Si、Ge、Sn、Ga，X表示碳和/或氮，并且n＝1,2或3)的A原子层得到的。一般MXenes都是通过HF溶液得到，其带有许多表面基团，如羟基(-OH)，氧(＝O)和氟(-F)等官能团。MXenes的官基团对其物理化学性质和性能起着非常重要的作用，特别是在电荷储存过程中。许多研究发现，MXenes的电化学性能随着-F官能团的减少和氧官能团的增加而显著提高。到目前为止，业界研究人员已经合成了20多种不同的MXenes，如Ti3C2Tx、Ti2CTx、Zr3C2Tx、Nb2CTx、Ta4C3Tx、V2CTx、Ti4N3Tx、Mo2CTx、Hf3C2Tx等。MXenes由于其独特的层状结构，大的比表面积，高导电率和丰富的官能团使其诸多领域有着潜在的应用。近年来，业界研究人员初步探索了这类材料在电化学储能用电极材料、功能高分子导电填料、催化剂载体材料及高放废料处理等领域的应用。但是，到目前为止，关于副族金属复合MXenes材料的研究却鲜有报道。目前采用的前驱体一般是A位为Al的MAX相前驱体，且一般均通过含F溶液对MAX相A位进行化学刻蚀，得到的MXenes均含有F官能团，而对于MAX相前驱体A位为Si的不含氟官能团的MXenes复合材料却未有报道，因此，通过副族金属元素复合不含F官能团的MXenes材料在探索MXenes材料的新结构、新性质和拓展其应用中有着非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种副族金属复合MXenes的复合材料、其制备方法及应用，从而克服现有技术中的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种副族金属复合MXenes的复合材料，其包括MXenes(二维过渡金属碳化物和/或碳氮化物)材料和副族金属，所述MXenes材料的表面原位包覆有所述副族金属，且所述MXenes材料的层间也分布有所述副族金属。在一些实施例中，所述副族金属复合MXenes的复合材料中MXenes材料的含量为0.1～99.9wt％。进一步地，所述副族金属复合MXenes的复合材料中副族金属的含量为0.1～99.9wt％。进一步地，所述副族金属复合MXenes的复合材料的形态包括粉体、块体、薄膜中的任意一种或两种以上的组合，且粒径大小为1～50μm。进一步地，所述MXenes材料和副族金属均为粉体，且粒径大小均为40nm～50μm。进一步地，所述副族金属为金属单质或合金。更进一步地，所述副族金属包括铁、钴、镍、铜、银、铟、锰、钼、钌、铑、锶、镧、钇、钪、钛、锆、钒、铌、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、汞、金和锌等中的任意一种或者两种以上的组合，但不限于此。在一些实施例中，所述MXenes材料包括但不限于通过将三元层状金属陶瓷Mn+1AXn相(简称MAX相)中结合较弱的A位元素抽出而制得，其中，M为过渡金属元素，A为主族元素，X为C和/或N，n为1～3。进一步地，所述A位元素包括Al、Si或Ge。进一步地，所述MXenes材料具有层状结构，优选为层状过渡金属碳化物或碳氮化物材料。进一步地，所述MXenes材料为手风琴结构。本专利技术实施例还提供了一种副族金属复合MXenes的复合材料的制备方法，其包括熔盐法和/或固相反应法等，但不限于此。进一步地，所述制备方法具体包括：采用熔盐法，将前驱体Mn+1AXn相材料、副族金属盐和无机盐按照摩尔比1：(1.5～6)：(0～6)研磨5～60min，并将所获的粉体混合物于惰性气氛中在300～800℃反应1～48h，之后进行后处理，获得副族金属复合MXenes的复合材料；其中，M为过渡金属元素，A为主族元素，X为C和/或N，n为1～3。进一步地，所述A位元素包括Al、Si或Ge，且不限于此。进一步地，所述复合材料的制备方法包括熔盐法但不限于熔盐法，制备得到的复合材料中副族金属原位包覆在MXenes材料的表面与层间。在一些实施例中，所述前驱体Mn+1AXn相材料、副族金属盐和无机盐均为粉体状，且粒径大小均为500nm～50μm。进一步地，所述前驱体MAX相材料包括Ti3AlC2、Ti3SiC2、Ti2AlC、Ti2AlN、Ti4AlN3、Ti2GaC、V2AlC、V2GaC、Cr2GaN、Cr2AlC、Sc2AlC、Zr2AlC、Zr2SnC、Nb2AlC、Nb4AlC3、Mo2AlC、Mo2GaN、Hf2AlC、Hf2AlN、Ta3AlC2、Ta4AlC3等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。在一些实施例中，所述副族金属盐包括含副族金属的氯化盐、硝酸盐、硫酸盐和碳酸盐等中的任意一种或者两种以上的组合，但不限于此。进一步地，所述无机盐包括钠盐、钾盐等，但不限于此。更进一步地，所述无机盐包括氯化盐、硝酸盐、硫酸盐和碳酸盐等中的任意一种或者两种以上的组合，但不限于此。更进一步地，所述钠盐包括氯化钠，但不限于此。更进一步地，所述钾盐包括氯化钾，但不限于此。在一些实施方案中，所述的后处理包括：在所述的反应结束后，以去离子水对所获的反应产物进行清洗，之后于40～80℃干燥6～24h，获得所述副族金属复合MXenes的复合材料。其中，在一些更为具体的实施案例之中，所述制备方法还可包括如下步骤：步骤(1)：将适量MAX相粉体和副族金属盐混合，并加入一定量的钠盐和钾盐，研磨5～60min，得到混合均匀的混合粉体；步骤(2)：将混合均匀的混合粉体放入坩埚中，在惰性气氛环境下于300～800℃反应1～48h；待反应结束后，取出坩埚反应物；步骤(3)：用去离子水洗涤反应产物：将反应产物放入烧杯中，加入去离子水，搅拌并超声清洗10分钟后静置1小时，倒掉上清液。洗涤反应产物三次后，将其放入40～80℃的烘箱内，6～24h后取出，得到固体产物副族金属复合MXenes的复合材料。本专利技术实施例还提供了所述副族金属复合MXenes的复合材料在制备电化学储能用电极材料、吸波材料、电磁屏蔽材料、储能材料或者催化剂等之中的用途。进一步地，本专利技术的副族金属复合二维过渡金属碳化物和/或碳氮化物(MXenes)的复合材料能够作为吸波材料、催化剂等被应用，并可根据实际应用需要成型或加工成所需形状和尺寸的器件，亦可制成浆料，采用流延法、冷喷涂法、热喷涂、丝网印刷、涂刷等方法制成所需形状。较之现有技术，本专利技术的优点至少在于：(1)本专利技术实施例提供的副族金属复合MXenes的复合材料将MXenes和副族金属复合，实现了复合材料的结构与功能一体化；(2)本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种副族金属复合MXenes的复合材料，其特征在于包括MXenes材料和副族金属，所述MXenes材料的表面原位包覆有所述副族金属，且所述MXenes材料的层间也分布有所述副族金属。

【技术特征摘要】
1.一种副族金属复合MXenes的复合材料，其特征在于包括MXenes材料和副族金属，所述MXenes材料的表面原位包覆有所述副族金属，且所述MXenes材料的层间也分布有所述副族金属。2.根据权利要求1所述的副族金属复合MXenes的复合材料，其特征在于：所述副族金属复合MXenes的复合材料中MXenes材料的含量为0.1～99.9wt％；所述副族金属复合MXenes的复合材料中副族金属的含量为0.1～99.9wt％；优选的，所述副族金属复合MXenes的复合材料的形态包括粉体、块体、薄膜中的任意一种或两种以上的组合，且粒径大小为1～50μm。3.根据权利要求1或2所述的副族金属复合MXenes的复合材料，其特征在于：所述MXenes材料和副族金属均为粉体，且粒径大小均为40nm～50μm；和/或，所述副族金属为金属单质或合金。4.根据权利要求3所述的副族金属复合MXenes的复合材料，其特征在于：所述副族金属包括铁、钴、镍、铜、银、铟、锰、钼、钌、铑、锶、镧、钇、钪、钛、锆、钒、铌、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、汞、金和锌中的任意一种或者两种以上的组合。5.根据权利要求1或2所述的副族金属复合MXenes的复合材料，其特征在于：所述MXenes材料是通过将三元层状金属陶瓷Mn+1AXn相中的A位元素抽出而制得，其中，M为过渡金属元素，A为主族元素，X为C和/或N，n为1～3；优选的，所述A位元素包括Al、Si或Ge；优选的，所述MXenes材料具有层状结构；优选的，所述MXenes材料为手风琴结构。6.权利要求1-5中任一项所述副族金属复合MXenes的复合材料的制备方法，其特征在于包括：熔盐法和/或固相反应法；优选的，所述制备方法包括：将...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄庆，李友兵，李勉，周小兵，罗侃，都时禹，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33