The invention relates to a method for preparing transition metal oxide / carbon composite material in situ by a two-dimensional layered transition metal carbide MXene, which belongs to the technical field of carbon composite materials. In a two-dimensional layered transition metal carbide MXene as carbon precursor and transition metal oxide precursor under hydrothermal conditions using ammonium persulfate as oxidant to direct the oxidation of transition metal oxide / carbon composite materials. The invention can step in situ preparation of transition metal oxide / carbon composite materials, simple preparation process, convenient operation, composite material was prepared by 2D layered structures with uniform composition and structure, have strong bonding force between transition metal oxide and carbon structure, good stability.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种由二维层状过渡金属碳化物MXene原位制备过渡金属氧化物/碳复合材料的方法,属于碳复合材料
技术介绍
目前,过渡金属氧化物/碳复合材料在水处理、能源材料、光催化等领域有着广泛的应用,如氧化钒/碳和氧化铌/碳等复合材料被应用于锂离子电池负极材料,具有良好的循环性能和倍率性能;二氧化钛/碳复合材料被广泛应用于光催化、锂离子电池等领域。然而,当前制备过渡金属氧化物/碳复合材料的方法大多都至少需要两步:碳材料的合成,以及过渡金属氧化物与碳材料的复合(将过渡金属氧化物前驱体与碳材料固相混合或液相分散后通过水热、化学沉积、煅烧等方法制备);或者先制备过渡金属氧化物前驱体与碳前驱体的复合材料,然后经过高温热解制备过渡金属氧化物/碳复合材料。这些制备方法所需的原料至少包括两种前驱体:碳材料前驱体和过渡金属氧化物的前驱体。同时,通过两步法合成的过渡金属氧化物/碳复合材料,易产生其它中间产物致使产品不纯,产率较低,同时还存在过渡金属氧化物与碳材料之间的结合强度不高、稳定性欠佳等缺点。具有类石墨烯结构的二维层状过渡金属碳化物MXene是2011年Yury Gogotsi等首先报道(Adv. Mater., 2011, 23:4248-4253)的一种新型二维纳米材料,具有良好的导电性、化学稳定性、亲水性和力学性能,在水处理、储氢、电化学储能等领域有潜在应用前景。MXene材料以二元金属碳化物MAX相(组成为Mn+1AXn,M为Ti,V,Cr, Mo,Nb等过渡金属元素,A为Al或Si元素,X为C元素,x=1,2, 3)为原料,采用氢氟酸或者氟化锂与 ...
【技术保护点】
一种由二维层状过渡金属碳化物MXene原位制备过渡金属氧化物/碳复合材料的方法,其特征在于,以二维层状过渡金属碳化物MXene同时作为碳前驱体和金属氧化物前驱体,在水热条件下采用过硫酸铵直接将其氧化为过渡金属氧化物/碳复合材料,所述二维层状过渡金属碳化物MXene为Ti3C2、Ti2C、V3C2、V2C、Nb3C2、Nb2C、Cr3C2和Cr2C中的一种或几种,制备过程包括以下步骤:1)将二维过渡金属碳化物MXene均匀分散在水溶液中;2)称取一定量的过硫酸铵,溶解在上述溶液中,超声,使分散均匀;3)将步骤2)所得的溶液转移至水热釜中进行水热处理;4)将水热反应后的产物减压抽滤,水洗,烘干。
【技术特征摘要】
1.一种由二维层状过渡金属碳化物MXene原位制备过渡金属氧化物/碳复合材料的方法,其特征在于,以二维层状过渡金属碳化物MXene同时作为碳前驱体和金属氧化物前驱体,在水热条件下采用过硫酸铵直接将其氧化为过渡金属氧化物/碳复合材料,所述二维层状过渡金属碳化物MXene为Ti3C2、Ti2C、V3C2、V2C、Nb3C2、Nb2C、Cr3C2和Cr2C中的一种或几种,制备过程包括以下步骤:1)将二维过渡金属碳化物MXene均匀分散在水溶液中;2)称取一定量的过硫酸铵,溶解在上述溶液中,超声,使分散均匀;3)将步骤2)所得的溶液转移至水热釜中进行水热处理;4)将水热反应后的产物减压抽滤,水洗,烘干。2.按照权利要求1所述的一种由二维层状过渡金属碳化物MXene原位制备过渡金属氧化物/碳复合材料的方法,其特征在于,步骤1)中的二维层状过渡金属碳化物MXene分散在水溶液中的浓度为0.5~20mg/ml。3.按...
【专利技术属性】
技术研发人员:徐斌,李婷婷,贾梦秋,
申请(专利权)人:北京化工大学,
类型:发明
国别省市:北京;11
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