一种Ti3C2MXene复合储氢材料的制备方法技术

本发明专利技术提供一种Ti3C2MXene复合储氢材料的制备方法，首先通过HF酸剥离Ti3AlC2形成Ti3C2，然后通过水热反应及高温活化处理得到Ti3C2/SnS；第三步通过浸渍法合成Ti3C2/SnS/MF复合材料，然后用Ti3C2/SnS/MF复合材料吸附PMMA‑LiBH4的四氢呋喃溶液，形成PL/Ti3C2/SnS/MF复合材料；本发明专利技术通过简单方法合成的PL/Ti3C2/SnS/MF复合储氢材料不仅具有良好的放氢性能而且还具有一定疏水性，PL/Ti3C2/SnS/MF复合储氢材料的起始放氢温度低至80℃，主要放氢温度在300‑400℃，且在350℃下1h内的放氢量达到了6.3ｗt％，且比PL/SnS/MF复合储氢材料的放氢性能高，证明Ti3C2与PL/SnS/MF复合储氢材料协同提高了PMMA‑LiBH4的放氢性能。

Preparation of Ti3C2MXene Composite Hydrogen Storage Materials

The invention provides a preparation method of Ti3C2MXene composite hydrogen storage material. Firstly, Ti3C2 is formed by stripping Ti3AlC2 with HF acid, then Ti3C2/SnS is obtained by hydrothermal reaction and high temperature activation treatment. Thirdly, Ti3C2/SnS/MF composite material is synthesized by impregnation method, and then the tetrahydrofuran solution of PMMA_LiBH4 is adsorbed by Ti3C2/SnS/MF composite material to form PL/Ti3C2/SnS/MF composite material. The PL/Ti3C2/SnS/MF composite hydrogen storage material synthesized by simple method not only has good hydrogen release performance but also has certain hydrophobicity. The initial hydrogen release temperature of PL/Ti3C2/SnS/MF composite hydrogen storage material is as low as 80 C, the main hydrogen release temperature is 300 400 C, and the hydrogen release capacity is up to 6.3wt% within one hour at 350 C, which is higher than that of PL/SnS/MF composite hydrogen storage material. 3C2 and PL/SnS/MF composite hydrogen storage materials synergistically improve the dehydrogenation performance of PMMA LiBH4.

【技术实现步骤摘要】
一种Ti3C2MXene复合储氢材料的制备方法
本专利技术涉及新能源材料的储氢材料
，具体涉及一种Ti3C2MXene复合储氢材料的制备方法。
技术介绍
开发安全、高效的储运技术是发展氢经济的关键，固体储氢材料因其安全性高和储存便捷被认为是理想的储氢材料，其中轻金属配位氢化物因具有高的储氢容量而被广泛的关注，硼氢化锂（LiBH4）的质量储氢密度和体积储氢密度分别为18.5wt%和121kg/m3，但仍然存在放氢温度高、可逆性差等不足，其严重阻碍其作为储氢材料的应用。为了改善LiBH4的可逆储氢性能，研究者采用了掺杂催化剂、阴阳离子替代、纳米限域和与高分子材料复合等方法；PMMA限域LiBH4是一种有效改善LiBH4储氢性能的方法；由于在气体选择性方面PMMA对H2/O2的渗透比高于其他同类的高分子材料，因此能阻止H2O和O2而让H2自由进出，从而提高LiBH4的稳定性；Huang等报道（40wt%）PMMA限域LiBH4（60wt%）的快速放氢温度为350℃，比纯LiBH4低120℃，表明PMMA限域能有效降低LiBH4的放氢温度。近年来，具有类石墨烯结构的二维层状过渡金属碳化物（MXene）成为研究热点，其中研究较多的是Ti3C2Mxene，Ti3C2MXene的结构类似于表面负载大量TiO2的石墨烯，能很好地改善材料的储氢性能；Liu等报道了Ti3C2Mxene催化改性MgH2的储氢性能，当添加5wt%Ti3C2Mxene后，MgH2在300℃和1min内放出6.2wt%氢气，表现出了较好的动力学性能；然而随着储氢材料的发展，单一Ti3C2的导电性及催化储氢性能已无法满足需求，对Ti3C2进行表面包覆对其电化学吸放氢性能有所改善，但不明显；纳米复合材料比单一材料具有更高的催化储氢性能，因此通过复合Ti3C2与其他材料制成一种混合型二维复合储氢材料将大大提升Ti3C2Mxene的放氢性能。锡基材料因为具有高的比容量而受到广泛关注，单质锡的理论容量为990mAh/g，约是目前商业化使用的石墨负极材料容量的三倍，但是锡基材料在充放电过程中存在显著的体积效应(体积膨胀约300%)，导致电极材料粉化脱落问题限制了其实际应用；SnS作为锡基材料中的一种，具有较高的理论比容量，但是SnS本身存在导电性差，循环过程中体积效应大等问题，因此大大限制了其应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种Ti3C2MXene复合储氢材料的制备方法，通过此制备方法合成的PL/Ti3C2/SnS/MF复合储氢材料不仅具有较好的放氢性能而且还具有一定疏水性，起始放氢温度低至80℃。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种Ti3C2MXene复合储氢材料的制备方法，包括如下步骤：S1、Ti3C2的制备：称取Ti3AlC2粉末，将其浸泡在质量分数为40%的HF酸中，搅拌24h，用去离子水洗涤，离心3-5次直到清洗液pH达到5~6，干燥即得到粉末Ti3C2；S2、Ti3C2/SnS的制备：称取步骤S1制得的Ti3C2粉末，加入到CTAB的水溶液中，搅拌24h，而后，加入L-半胱氨酸和Na2SnO3·4H2O，搅拌20min后转移到水热釜中180-200℃下保温24h，之后，将沉淀离心出来，烘干，并高温活化即得到Ti3C2/SnS复合储氢材料；S3、Ti3C2/SnS/MF的制备：取步骤S2制得的Ti3C2/SnS复合储氢材料配置成5-10mg/mL水溶液，加入三聚氰胺泡沫吸取溶液，加热，最后干燥即得到Ti3C2/SnS/MF样品；S4、PL/Ti3C2/SnS/MF复合储氢材料的制备：配制PMMA-LiBH4的四氢呋喃溶液，记为PL/THF，然后用步骤S3制得的Ti3C2/SnS/MF吸附PL/THF溶液，最后抽真空，晾干即得到PL/Ti3C2/SnS/MF复合储氢材料。采用本专利技术的制备方法，首先本文通过HF剥离法制备出了Ti3C2，然后用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）对其进行插层处理,并以L-半胱氨酸和Na2SnO3·4H2O为前驱体，与CTAB插层处理后的Ti3C2一起进行水热反应，再经高温活化处理制备了Ti3C2/SnS复合材料；利用高导电的二维Ti3C2作为基体材料，将其与SnS进行复合，使得部分负载的SnS有效进入Ti3C2层间，利用Ti3C2层间的限域效应以及Ti3C2基体的缓冲效应，有效缓解SnS材料在循环过程中的体积效应，提高SnS基复合材料的循环稳定性；并通过浸渍法合成Ti3C2/SnS/MF复合材料，再与PMMA-LiBH4复合形成PL/Ti3C2/SnS/MF复合储氢材料，将LiBH4很好地改善了材料的储氢性能。优选的，步骤S1中Ti3AlC2与HF酸的固液比为1:8-12。优选的，步骤S1中干燥条件为80℃干燥12h。优选的，步骤S2中Ti3C2、L-半胱氨酸、SnS的质量比为1：2-4：1-3。优选的，步骤S2中高温活化条件为400-600℃氮气保护下干燥0.5-2h。优选的，步骤S3中加热条件为80℃下加热2h。优选的，步骤S3中干燥条件为180℃真空干燥4h。优选的，步骤S4中PMMA、LiBH4的质量浓度比为1.5:1。优选的，步骤S2中CTAB的摩尔浓度为0.02M。优选的，步骤S4中Ti3C2/SnS/MF与PL/THF的固液比为10-15:1，按照本专利技术的固液比制得的PL/Ti3C2/SnS/MF复合储氢材料，使LiBH4能达到最佳的储氢效率。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：（1）通过HF剥离法制备出了Ti3C2，然后用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）对其进行插层处理,并以L-半胱氨酸和Na2SnO3·4H2O为前驱体，与CTAB插层处理后的Ti3C2一起进行水热反应，再经高温活化处理制备了Ti3C2/SnS复合材料；利用高导电的二维Ti3C2作为基体材料，将其与SnS进行复合，使得部分负载的SnS有效进入Ti3C2层间，利用Ti3C2层间的限域效应以及Ti3C2基体的缓冲效应，有效缓解SnS材料在循环过程中的体积效应，提高SnS基复合材料的循环稳定性；（2）通过浸渍法利用三聚氰胺泡沫吸取Ti3C2/SnS复合材料溶液，使三聚氰胺泡沫的3D孔结构状态及Ti3C2的层状结构得到保持，并使Ti3C2/SnS复合材料镶嵌到三聚氰胺的孔结构中，以提高复合材料的储氢性能；（3）通过浸渍-蒸发法与PMMA-LiBH4进行复合，使PL填充到Ti3C2/SnS/MF的孔结构中，并负载到SnS/MF表面，也有PL负载于三聚氰胺泡沫的枝杈上，通过浸渍法不会破坏材料的结构，同时提高了PL的放氢性能。附图说明图1为HF酸剥离前后Ti3AlC2和Ti3C2样品的XRD图谱。图2为对Ti3C2进行CTAB插层处理前后的XRD图谱。图3为Ti3C2/SnS复合材料的XRD图谱。图4为Ti3C2/SnS/MF复合材料的XRD谱图。图5为PL/Ti3C2/SnS/MF复合储氢材料的XRD图谱。图6为Ti3C2/SnS/MF复合材料的SEM图。图7为PL/Ti3C2/SnS/MF复合储氢材料的SEM图。图8为SnS/MF（a）、Ti3C2/SnS/MF（b）、PL/Ti3C2/SnS/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Ti3C2MXene复合储氢材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、Ti3C2的制备:称取Ti3AlC2粉末，将其浸泡在质量分数为40%的HF酸中，搅拌24h，用去离子水洗涤，离心3‑5次直到清洗液pH达到5~6，干燥即得到粉末Ti3C2；S2、Ti3C2/SnS的制备：称取步骤S1制得的Ti3C2粉末，加入到CTAB的水溶液中，搅拌24h，而后，加入L‑半胱氨酸和Na2SnO3·4H2O，搅拌20min后转移到水热釜中180‑200℃下保温24h，之后，将沉淀离心出来，烘干，并高温活化即得到Ti3C2/SnS复合储氢材料；S3、Ti3C2/SnS/MF的制备：取步骤S2制得的Ti3C2/SnS复合储氢材料配置成5‑10mg/mL水溶液，加入三聚氰胺泡沫吸取溶液，加热，最后干燥即得到Ti3C2/SnS/MF样品；S4、PL/Ti3C2/SnS/MF复合储氢材料的制备：配制PMMA‑LiBH4的四氢呋喃溶液，记为PL/THF，然后用步骤S3制得的Ti3C2/SnS/MF吸附PL/THF溶液，最后抽真空，晾干即得到PL/Ti3C2/SnS/MF复合储氢材料。

【技术特征摘要】
1.一种Ti3C2MXene复合储氢材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、Ti3C2的制备:称取Ti3AlC2粉末，将其浸泡在质量分数为40%的HF酸中，搅拌24h，用去离子水洗涤，离心3-5次直到清洗液pH达到5~6，干燥即得到粉末Ti3C2；S2、Ti3C2/SnS的制备：称取步骤S1制得的Ti3C2粉末，加入到CTAB的水溶液中，搅拌24h，而后，加入L-半胱氨酸和Na2SnO3·4H2O，搅拌20min后转移到水热釜中180-200℃下保温24h，之后，将沉淀离心出来，烘干，并高温活化即得到Ti3C2/SnS复合储氢材料；S3、Ti3C2/SnS/MF的制备：取步骤S2制得的Ti3C2/SnS复合储氢材料配置成5-10mg/mL水溶液，加入三聚氰胺泡沫吸取溶液，加热，最后干燥即得到Ti3C2/SnS/MF样品；S4、PL/Ti3C2/SnS/MF复合储氢材料的制备：配制PMMA-LiBH4的四氢呋喃溶液，记为PL/THF，然后用步骤S3制得的Ti3C2/SnS/MF吸附PL/THF溶液，最后抽真空，晾干即得到PL/Ti3C2/SnS/MF复合储氢材料。2.根据权利要求1所述的一种Ti3C2MXene复合储氢材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中Ti3AlC2与HF酸的固液比为1:8-...

【专利技术属性】
技术研发人员：申芳华，谢春晓，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东,44