绿色合成二维过渡金属碳化物或者氮化物纳米片的方法技术

本发明专利技术公开了一种绿色合成二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片的方法，其包括：将腐蚀插层剂与三元层状陶瓷材料混合并进行腐蚀插层反应后，再通过剪切分散处理获得二维过渡金属碳化物纳米片或二维过渡金属氮化物纳米片。本发明专利技术提供的二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片合成工艺，绿色环保，过程简单，易操作，流程安全可控，耗时耗能少，丰富了二维过渡金属碳化物或者氮化物纳米片的合成方式，能有效促进二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片的推广应用。

Method for green synthesis of two dimensional transition metal carbide or nitride nano plate

The invention discloses a two-dimensional green synthesis of transition metal carbide or nitride nanosheets, which include: the corrosion of intercalating agent and three yuan layered ceramic material mixed and corrosion intercalation reaction, and then processed to obtain two-dimensional transition metal carbide nano film or two-dimensional transition metal nitride nanosheets by shear dispersion. Two dimensional transition metal carbide or nitride nano film synthesis technology, the invention provides the green environmental protection, simple process, easy operation, safe and controllable process, consuming less energy consumption, rich two-dimensional transition metal carbide or nitride nanometer film synthesis method can effectively promote the popularization and application of two-dimensional transition metal carbide or nitride nanosheets.

【技术实现步骤摘要】
绿色合成二维过渡金属碳化物或者氮化物纳米片的方法
本专利技术特别涉及一种绿色合成二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片的方法，属于二维纳米材料制备

技术介绍
二维纳米材料作为一种新兴的纳米材料因为其较大的表面积以及极薄的厚度广泛受到研究者们的关注。特别是近年来，研究人员发现并合成了一种二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片，这种二维纳米材料的前驱体均来自于三元层状陶瓷材料，而且表现出类似于石墨烯的性质，所以其可被统一命名为二维过渡金属碳化物或氮化物。随着研究的继续，越来越多的二维过渡金属碳化物或者氮化物纳米片在能源、生物医学、催化、润滑以及复合材料领域展现出巨大的应用潜力。目前，此类二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片主要是通过以选择性腐蚀的方法刻蚀三元层状陶瓷材料中的金属原子层，再通过插层剥离的方法而获得。但此类合成方法会直接影响产物的表面性质，限制了其应用范围，并且由于反应原料中需使用大量含氟的酸性介质，对研究人员的安全有着巨大的危害。因此，业界急需寻找一种新的二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片合成方法，以改善样品的表面组成，并尽可能减少含氟物质的使用量。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种绿色合成二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片的方法，以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绿色合成二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片的方法，其包括：将腐蚀插层剂与三元层状陶瓷材料混合并进行腐蚀插层反应后，再通过剪切分散处理获得二维过渡金属碳化物纳米片或二维过渡金属氮化物纳米片。进一步的，所述三元层状陶瓷材料包括交替层叠设置的第一材料层与第二材料层，所述第一材料层包括C和N中的至少一种元素以及过渡金属元素，所述第二材料层包括Al、S、Si元素中的至少一种。进一步的，所述过渡金属元素包括Ti、Nb、V、Mo、Ga、Cr或Ta等，且不限于此。更进一步的，所述三元层状陶瓷材料包括三元层状过渡金属碳化物或者三元层状过渡金属氮化物。进一步的，所述腐蚀插层剂包括有机碱。进一步的，所述剪切分散处理的方式包括搅动、振荡或者超声方式。进一步的，本方法亦适用其他三元层状陶瓷材料以及其他相应的有机碱，鉴于三元层状陶瓷材料非常容易钝化，所以可以在合成中添加酸性介质，如盐酸和氟化物，氟氢化铵，氢氟酸等预处理三元陶瓷材料用以刻蚀钝化层。与现有技术相比，本专利技术提供的一种二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片合成工艺绿色环保，过程简单，易操作，流程安全可控，耗时耗能少，丰富了二维过渡金属碳化物或者氮化物纳米片的合成方式，能有效促进二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片的推广应用。附图说明图1为本专利技术实施例4中二维过渡金属碳化物纳米片分散液的照片；图2为本专利技术实施例4中二维过渡金属碳化物纳米片的透射电镜图片；图3为本专利技术实施例4中二维过渡金属碳化物纳米片的原子力显微镜图片。具体实施方式鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。如下将结合具体实施例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。本专利技术实施例提供的一种绿色合成二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片的方法包括：将腐蚀插层剂与三元层状陶瓷材料混合并进行腐蚀插层反应后，再通过剪切分散处理获得二维过渡金属碳化物纳米片或二维过渡金属氮化物纳米片。进一步的，所述三元层状陶瓷材料包括交替层叠设置的第一材料层与第二材料层，所述第一材料层包括C和N中的至少一种元素以及过渡金属元素，所述第二材料层包括Al、S、Si等主族元素中的至少一种。进一步的，所述过渡金属元素包括Ti、Nb、V、Mo、Ga、Cr或Ta等，且不限于此。进一步的，所述三元层状陶瓷材料由复数个第一材料层和复数个第二材料层交替层叠形成。更进一步的，所述三元层状陶瓷材料包括三元层状过渡金属碳化物或者三元层状过渡金属氮化物。例如，所述三元层状陶瓷材料可以包括但不限于Ti2AlC，Ti2AlN，Ti2AlC0.5N0.5，Ti2SC，(Ti0.5,Nb0.5)2AlC，(Ti0.5,V0.5)2AlC，V2AlC，Nb2AlC，Mo2GaC，Ti3AlC2，Ti3SiC2，(V0.5,Cr0.5)3AlC2，Ti3AlCN，(Ti0.5,V0.5)3AlC2，Ta4AlC3，Nb4AlC3或(V0.5,Nb0.5)4AlC3中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。进一步的，所述腐蚀插层剂优选为有机碱。例如，所述腐蚀插层剂可以包括但不限于四甲基氢氧化铵(TMAOH)，四丁基氢氧化铵(TBAOH)，三乙醇胺(TEA)，乙二胺四乙酸钠，尿素，二甲基亚砜(DMSO)，甲胺，乙胺，乙醇胺，乙二胺，异丙胺，1,3-丙二胺，1,2-丙二胺，三丙胺，三乙醇胺，丁胺，异丁胺，叔丁胺，己胺，辛胺，苯胺，苄胺，环己胺，吡啶，六亚甲基四胺，2-氯酚，3-氯酚，4-氯酚，邻氨基苯酚，间氨基苯酚，对氨基苯酚，邻甲苯胺，间甲苯胺，对甲苯胺，二苯胺和联苯胺中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。在一些较为优选的实施方案中，所述有机碱与三元层状陶瓷材料的用量比例为5～15ml：1g。进一步的，所述剪切分散处理的方式包括搅动、振荡或者超声方式等，但不限于此。在一些较为具体的实施方案中，所述绿色合成二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片的方法可以包括：将用量比例为5～15ml：1g的腐蚀插层剂与三元层状陶瓷材料混合并进行腐蚀插层反应12h以上，优选为12～36h，之后分离出混合反应物中的固相物，再清洗，收集获得中间产物；之后将所述中间产物分散于溶剂中，并进行剪切分散处理，获得二维过渡金属碳化物纳米片或二维过渡金属氮化物纳米片。进一步的，所述溶剂包括水、乙醇、丙酮以及水与这些有机溶剂不同比例的混合物，可以优选为水，以水作为溶剂，不仅更为安全环保，成本低，而且可以更好的应用生物医学以及能源领域，具有广泛的实用性与适应性。在一些更为具体的实施案例中，所述绿色合成二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片的方法可以包括：将有机碱和三元层状陶瓷材料按照5～15ml：1g的比例充分混合，并进行腐蚀插层反应12～36h，之后使用超纯水离心洗涤除去多余的有机碱，再通过剪切分散的方法将收集的沉淀分散在超纯水中并且保持分散液分散均匀，离心除去未剥离的颗粒，获得所需的二维过渡金属碳化物或者氮化物纳米片分散液。又及，鉴于三元层状陶瓷材料可能会在保存过程中被钝化而在表面形成钝化层，进而可能阻碍三元层状陶瓷材料与腐蚀插层剂之间的反应，为克服这样的问题，可以对进行三元陶瓷材料预处理，用以除去所述钝化层。相应的，在一些实施方案中，所述的绿色合成二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片的方法还可包括：以腐蚀剂除去覆设于三元层状陶瓷材料表面的钝化层，之后再将三元层状陶瓷材料与腐蚀插层剂混合进行腐蚀插层反应。优选的，所述腐蚀剂包括盐酸，氟化物，氟氢化铵或氢氟酸等，且不限于此。以下结合若干实施例及附图对本专利技术的技术方案作更为具体的解释说明。实施例1：将TMAOH缓慢与V2AlC粉末充分混合(两者比例为10ml：1g)，利用TMAOH对V2AlC室温下进行腐蚀插层36h，使用超纯水离心洗涤，洗去多余的有机碱，收集沉淀，通过超声方式将收集的沉淀分散在300ml的超纯水中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绿色合成二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片的方法，其特征在于包括：将腐蚀插层剂与三元层状陶瓷材料在室温下混合并进行腐蚀插层反应后，再通过剪切分散处理获得二维过渡金属碳化物纳米片或二维过渡金属氮化物纳米片。

【技术特征摘要】
1.一种绿色合成二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片的方法，其特征在于包括：将腐蚀插层剂与三元层状陶瓷材料在室温下混合并进行腐蚀插层反应后，再通过剪切分散处理获得二维过渡金属碳化物纳米片或二维过渡金属氮化物纳米片。2.根据权利要求1所述绿色合成二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片的方法，其特征在于：所述三元层状陶瓷材料包括交替层叠设置的第一材料层与第二材料层，所述第一材料层包括C和N中的至少一种元素以及过渡金属元素，所述第二材料层包括Al、S、Si元素中的至少一种；优选的，所述过渡金属元素包括Ti、Nb、V、Mo、Ga、Cr或Ta。3.根据权利要求2所述绿色合成二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片的方法，其特征在于：所述三元层状陶瓷材料包括三元层状过渡金属碳化物或三元层状过渡金属氮化物。4.根据权利要求2所述绿色合成二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片的方法，其特征在于：所述三元层状陶瓷材料包括Ti2AlC，Ti2AlN，Ti2AlC0.5N0.5，Ti2SC，(Ti0.5,Nb0.5)2AlC，(Ti0.5,V0.5)2AlC，V2AlC，Nb2AlC，Mo2GaC，Ti3AlC2，Ti3SiC2，(V0.5,Cr0.5)3AlC2，Ti3AlCN，(Ti0.5,V0.5)3AlC2，Ta4AlC3，Nb4AlC3或(V0.5,Nb0.5)4AlC3中的任意一种或两种以上的组合。5.根据权利要求1所述绿色合成二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片的方法，其特征在于：所述腐蚀插层剂包括有...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿凤霞，宣琎楠，王志强，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32