一种利用三元MAX材料制备层状MXenes材料的方法技术

一种利用三元MAX材料制备层状MXenes材料的方法，利用强酸或强碱作为腐蚀液并置于反应容器中，将MAX粉体放入腐蚀液中，然后在搅拌下加入可溶性混合盐，持续腐蚀0.5～48h，然后离心分离，清洗，干燥，得到层状MXenes材料。本发明专利技术利用原电池原理，将金属活性弱于A层金属的金属的可溶性混合盐加入到腐蚀液中，使该可溶性金属盐被A层金属所还原，得到金属活性弱于A层金属的金属，使该金属与A层金属结合形成腐蚀电偶，促进反应向右进行，加快A层金属的腐蚀，从而得到剥蚀完整的单层二维纳米材料。本发明专利技术方法简单，可操作性强，实现结果好，能够得到剥离程度较高，微观形貌较好的Mxenes材料。

【技术实现步骤摘要】
一种利用三元MAX材料制备层状MXenes材料的方法
本专利技术涉及一种特殊层状材料的制备工艺，具体涉及一种利用三元MAX材料制备层状MXenes材料的方法。
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。该类材料具有多样的电磁学、热电性能以及优异的电化学、重金属离子吸附、气体吸附等特性，在离子电池、超级电容器、污水处理、储氢等领域存在十分广阔的应用前景。因此，通过MAX相粉体的腐蚀剥离制备MXene材料成为近年来二维纳米材料研究领域的热点之一。目前常用氢氟酸腐蚀A层，制得MXenes材料，如MichaelNaguib等人利用Ti3AlC2材料制备得到Ti3C。该类材料在HF中的具体腐蚀过程如下：Mn+1AXn+3HF＝AF3+Mn+1Xn+1.5H2Mn+1AXn+2H2O＝Mn+1Xn(OH)2+H2Mn+1Xn+2HF＝Mn+1XnF2+H2为了得到形貌良好的层状MXenes材料，该方法对腐蚀的温度、时间等均有严格要求。但是，由于原始MAX片层间距较小，会阻碍A层的反应物和HF之间的相互接触较差，MAX的腐蚀剥离的速度较慢，会导致该过程出现腐蚀产率低，腐蚀不均匀，剥蚀不完整等问题。但若一味延长腐蚀时间，则会破坏M-C结构，形成M-C的碎片，导致无法得到形貌良好的层状MXenes材料。
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利用三元MAX材料制备层状MXenes材料的方法。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：一种利用三元MAX材料制备层状MXenes材料的方法，利用强酸或强碱作为腐蚀液并置于反应容器中，将MAX粉体放入腐蚀液中，然后在搅拌下加入可溶性混合盐，持续腐蚀0.5～48h，然后离心分离，清洗，干燥，得到层状MXenes材料。本专利技术进一步的改进在于，腐蚀液温度为4～60℃。本专利技术进一步的改进在于，搅拌转速200～1600r/min。本专利技术进一步的改进在于，强碱为NaOH水溶液；强酸为氢氟酸、HNO3、盐酸中的一种或几种。本专利技术进一步的改进在于，氢氟酸的质量分数为40％，HNO3的质量分数为40％，盐酸的质量分数为40％，NaOH水溶液的浓度为6mol/L。本专利技术进一步的改进在于，可溶性金属混合盐的加入量为腐蚀液质量总量的2％～15％。本专利技术进一步的改进在于，可溶性金属混合盐为钛、锆、钒、锰、锌、镓、钴、镍、钼、锡、铅、铜、银盐中的一种、两种或三种。本专利技术进一步的改进在于，可溶性金属混合盐为两种盐时，两种盐的摩尔比为1:1。本专利技术进一步的改进在于，可溶性金属混合盐为三种盐时，三种盐的摩尔比为1:1:1。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术利用原电池原理，在对MAX材料进行腐蚀时候，将金属活性弱于A层金属的金属的可溶性混合盐加入到腐蚀液中，使该可溶性金属盐被A层金属所还原，得到金属活性弱于A层金属的金属，使该金属与A层金属结合形成腐蚀电偶，促进反应向右进行，加快A层金属的腐蚀，从而得到剥蚀完整的单层二维纳米材料。本专利技术方法简单，可操作性强，实现结果好，能够得到剥离程度较高，微观形貌较好的Mxenes材料。附图说明图1是本专利技术实施例1中所使用MAX原料的X射线衍射图谱。图2是本专利技术实施例1中所制得MXenes层状材料的X射线衍射图谱。图3是本专利技术实施例1中所制得MXenes层状材料的SEM扫描电镜图片。其中，(a)为腐蚀1h后的产物形貌，(b)为腐蚀3h后的产物形貌，(c)为腐蚀6h后的产物形貌，(d)为腐蚀12h后的产物形貌，(e)为腐蚀24h后的产物形貌。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。本专利技术利用利用三元MAX材料制备层状MXenes材料，包括三元MAX材料的制备和MAX材料的腐蚀剥离两个主要过程，具体按照以下几个步骤进行：(1)MAX材料的合成制备：称取符合三元MAX材料化学计量比的原料M、原料A，原料X，以及少量稀土氧化物(氧化镧、氧化铈、氧化钕、氧化钐或氧化铕)，其中M的用量为55mol％～76mol％，A的用量为17mol％～32mol％，X的用量为4mol％～13mol％；高温熔剂以及无水乙醇，放入氧化铝球磨罐中球磨，混合均匀，得到浆料；将球磨后的浆料过筛后干燥，再将干燥的粉体在真空炉中，于保护气氛下高温反应，得到三元MAX材料。(2)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，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/min，过程中将可溶性混合盐加入到腐蚀液中，持续腐蚀0.5～48h，得到腐蚀后的混合物。其中，强碱为NaOH水溶液；强酸为氢氟酸、HNO3、盐酸中的一种或几种。氢氟酸的质量分数为40％，HNO3的质量分数为40％，盐酸的质量分数为40％，NaOH水溶液的浓度为6mol/L。(3)层状MXenes材料的干燥和收集：将腐蚀混合物进行离心分离，得到的固形物用去离子水反复清洗8～10次，去除腐蚀液成分。将清洗完毕的固形物放入烘箱烘干，得到层状MXenes材料。步骤(1)中，原料M为Ti、Cr、Nb、V、Mo、Zr、Hf元素中的一种或几种；原料A为Cd氧化物、Al、Sn、In、Pb、Ga中的一种或几种；原料X为碳单质或含N化合物。步骤(3)中，加入的可溶性金属混合盐中包含一到三种盐，分别为钛、锆、钒、锰、锌、镓、钴、镍、钼、锡、铅、铜、汞、银盐中的一种，可溶性金属混合盐的加入量为腐蚀液总量的2wt.％～15wt.％。可溶性金属混合盐为两种盐时，两种盐的摩尔比为1:1。可溶性金属混合盐为三种盐时，三种盐的摩尔比为1:1:1。本专利技术仅以实施例1实施例9中采用的原料进行说明，本专利技术中的列举的原料M、原料A、原料X中的其他物质均可以制备得到MAX材料，所列举的其他种类可溶性盐均能达到原电池促进腐蚀的效果。下面通过具体实施例进行详细说明。实施例11)将Ti、Al、C、Nb2O5以及复合K盐用湿法球磨混合均匀，得到混合料；具体原料比例如下表1所示，复合钾盐中KCl：K2SO4的摩尔比为2：1，复合钾盐用量为其他所有原料总重量的2倍。表1实施例1各原料的重量百分比用无水乙醇将混合料调制成浆料，且无水乙醇：混合料(质量比)为2.2：1；浆料经球磨2.5h混合均匀。将混好的原料放入干燥箱中，干燥温度为40℃，防止温度过高原料氧化，待乙醇完全挥发后，原料研磨粉碎后放入刚玉坩埚中，在真空炉中，1180℃保温3h，Ar气保护，完成后随炉冷却，得到Ti3AlC2的三元MAX材料。2)将Ti3AlC2的三元MAX材料研磨粉碎，然后将1g三元MAX材料粉末加入40mL质量分数40％的氢氟酸中(市售氢氟酸溶质质量分数4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用三元MAX材料制备层状MXenes材料的方法，其特征在于，利用强酸或强碱作为腐蚀液并置于反应容器中，将MAX粉体放入腐蚀液中，然后在搅拌下加入可溶性混合盐，持续腐蚀0.5～48h，然后离心分离，清洗，干燥，得到层状MXenes材料。

【技术特征摘要】
1.一种利用三元MAX材料制备层状MXenes材料的方法，其特征在于，利用强酸或强碱作为腐蚀液并置于反应容器中，将MAX粉体放入腐蚀液中，然后在搅拌下加入可溶性混合盐，持续腐蚀0.5～48h，然后离心分离，清洗，干燥，得到层状MXenes材料。2.根据权利要求1所述的一种利用三元MAX材料制备层状MXenes材料的方法，其特征在于，腐蚀液温度为4～60℃。3.根据权利要求1所述的一种利用三元MAX材料制备层状MXenes材料的方法，其特征在于，搅拌转速200～1600r/min。4.根据权利要求1所述的一种利用三元MAX材料制备层状MXenes材料的方法，其特征在于，强碱为NaOH水溶液；强酸为氢氟酸、HNO3、盐酸中的一种或几种。5.根据权利要求4所述的一种利用三元MAX材料制备层状MXenes材料的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张佩，马宁，方媛，方园，赵婷，秦毅，武清，王雷，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61