一种花瓣球形碳化钛及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于材料制备技术领域，具体涉及一种花瓣球形碳化钛及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的花瓣球形碳化钛，由厚度为20～30nm的纳米片构成；所述花瓣球形碳化钛具有孔隙，孔隙的孔径为20～50nm；所述花瓣球形碳化钛的粒径为200～300nm。本发明专利技术提供的碳化钛由超薄纳米片构成了花瓣球形结构，使碳化钛具有优异的纳米效应和较大的比表面积，提高了材料的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种花瓣球形碳化钛及其制备方法和应用
本专利技术属于材料制备
，具体涉及一种花瓣球形碳化钛及其制备方法和应用。
技术介绍
自从2004年Novoselov和Geim及其合作者成功剥离出石墨烯后，二维材料的研究进入了高速发展的时期。与此同时，类石墨烯材料也极大地丰富了二维材料家族，比如二维过渡金属碳化物或碳氮化物(MXenes)、黑磷、金属有机框架材料(MOFs)、共价有机框架材料(COFs)、聚合物、硅烯、锑烯、无机钙钛矿和有机-无机混合钙钛矿等相继出现。MXenes是一种二维层状过渡金属碳化物或氮化物，该类化合物是通过将MAX相在氢氟酸溶液中选择性刻蚀去掉中间元素而产生的一类新型二维材料，其中M为Ti、Mo、Sc、Zr等过渡金属元素，A为主族元素(多为Al、Si)，X为碳或氮。MXenes材料基于其独特的层状结构、优异的金属导电率、亲水性、电化学性能和大的比表面积，在储氢和电化学领域得到广泛应用，例如，Ti3C2Mxene材料就在储氢、锂离子电池、电催化、超级电容器以及传感器等领域展现出极具潜力的应用前景。目前常用的Ti3C2Mxene材料虽然具有层状特点，但做为电化学材料使用时，金属导电性能并不理想，限制了该类材料的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种花瓣球形碳化钛及其制备方法和应用，本专利技术提供的碳化钛具有花瓣球形结构，比表面积大，具有优异的电化学性能。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术提供了一种花瓣球形碳化钛，由厚度为20～30nm的纳米片构成；所述花瓣球形碳化钛具有孔隙，孔隙的孔径为20～50nm；所述花瓣球形碳化钛的粒径为200～300nm。优选的，所述花瓣球形碳化钛的比表面积为28～40m2·g-1。本专利技术提供了上述技术方案所述花瓣球形碳化钛的制备方法，包括以下步骤：(1)在搅拌条件下，将Ti3AlC2粉添加至氢氟酸溶液中，刻蚀后得到碳化钛；(2)在超声条件下，利用不同的插层剂对所述步骤(1)得到的碳化钛进行剥离，得到花瓣球形碳化钛；所述插层剂包括N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜或者乙腈。优选的，所述步骤(1)中Ti3AlC2粉的粒径≤300目。优选的，所述步骤(1)中氢氟酸溶液的质量浓度为10～30％。优选的，所述步骤(1)中Ti3AlC2粉的质量与氢氟酸溶液的体积比≥1g:10mL。优选的，所述步骤(1)中Ti3AlC2粉的添加速度为0.1～0.5g/min。优选的，所述步骤(1)中刻蚀的时间为24～48h。优选的，所述步骤(2)中超声的功率为180～240W；超声的时间为8～24h。本专利技术还提供了上述技术方案所述的花瓣球形碳化钛或者上述技术方案所述制备方法制备得到的花瓣球形碳化钛在储氢、锂离子电池、电催化、超级电容器或传感器领域的应用。本专利技术提供的花瓣球形碳化钛，由厚度为20～30nm的纳米片构成；所述花瓣球形碳化钛具有孔隙，孔隙的孔径为20～50nm；所述花瓣球形碳化钛的粒径为200～300nm。本专利技术提供的碳化钛由超薄纳米片构成花瓣球形结构，使碳化钛具有优异的纳米效应和较大的比表面积，提高了材料的电化学性能。本专利技术提供的花瓣球形碳化钛在超声辅助下，利用不同的插层剂分别剥离得到，方法简单易控，成本低廉。本专利技术提供的花瓣球形碳化钛材料具有优异的导电性，在储氢、锂离子电池、电催化、超级电容器和传感器领域具有应用价值。附图说明图1为本专利技术实施例1得到的碳化钛扫描电镜图；图2为本专利技术实施例1得到的花瓣球形碳化钛的扫描电镜图；图3为本专利技术实施例2得到的花瓣球形碳化钛的透射电镜图；图4为本专利技术实施例3得到的花瓣球形碳化钛的X射线衍射图；图5为本专利技术实施例3得到的花瓣球形碳化钛修饰玻碳电极的交流阻抗测试图；图6为本专利技术实施例4得到的花瓣球形碳化钛分散液的实物图。具体实施方式本专利技术提供了一种花瓣球形碳化钛，由厚度为20～30nm的纳米片构成；所述花瓣球形碳化钛具有孔隙，孔隙的孔径为20～50nm；所述花瓣球形碳化钛的粒径为200～300nm。本专利技术提供的花瓣球形碳化钛由厚度为20～30nm的纳米片构成，所述纳米片的厚度优选为20～28nm，更优选为20～25nm；所述花瓣球形碳化钛具有孔隙，孔隙的孔径为20～50nm，优选为30～50nm；所述花瓣球形碳化钛的粒径为200～300nm，优选为210～280nm，更优选为220～270nm。在本专利技术中，花瓣球形碳化钛中的纳米片因呈不规则排列而形成孔隙结构，进而增加了花瓣球形碳化钛的比表面积。在本专利技术中，所述花瓣球形碳化钛的比表面积优选为28～40m2·g-1，更优选为32～40m2·g-1。本专利技术提供了上述技术方案所述花瓣球形碳化钛的制备方法，包括以下步骤：(1)在搅拌条件下，将Ti3AlC2粉添加至氢氟酸溶液中，刻蚀后得到碳化钛；(2)在超声条件下，利用不同的插层剂对所述步骤(1)得到的碳化钛进行剥离，得到花瓣球形碳化钛；所述插层剂包括N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜或者乙腈。本专利技术在搅拌条件下，将Ti3AlC2粉添加至氢氟酸溶液中，刻蚀后得到碳化钛。在本专利技术中，所述Ti3AlC2粉的粒径优选≤300目，更优选为350～500目。本专利技术对所述Ti3AlC2粉的来源没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的市售产品即可。本专利技术优选对市售的Ti3AlC2粉进行球磨，以使Ti3AlC2粉的粒径均匀化。在本专利技术中，对市售的Ti3AlC2粉进行球磨时，优选为湿磨，湿磨所用试剂优选为乙醇；球磨时，市售的Ti3AlC2粉的质量与乙醇的体积比优选为(5～10)g:(30～50)mL，更优选为(6～9)g:(35～45)mL；转速优选为300～450r/min，更优选为320～430r/min；球磨时间优选为2～4h，更优选为2.5～3.5h。本专利技术优选对Ti3AlC2粉进行球磨，可使粉体的粒度细化和均匀化，缩短后续碳化钛的制备时间，还能在一定程度上提高碳化钛材料的电学性能。球磨后，本专利技术优选用乙醇对球磨后的浆料进行洗涤，洗涤次数优选为3～6次；洗涤后，本专利技术优选对洗涤后的固体料进行干燥，所述干燥的温度优选为50～80℃，更优选为55～75℃；干燥的时间优选为12～24h，更优选为14～20h。干燥后，本专利技术优选将干燥后的物料进行过筛，筛下物即为所需的Ti3AlC2粉。本专利技术对所述过筛用筛网的目数没有特殊要求，能得到上述粒径的Ti3AlC2粉即可。在本专利技术中，所述Ti3AlC2粉在搅拌条件下添加至氢氟酸溶液中，所述搅拌的速度优选为200～500r/min，更优选为250～450r/min，再优选为300～400r/min；添加的速度优选为0.1～0.5g/min，更优选为0.13～0.47g/min，再优选为0.15～0.45g/min。在本专利技术中，所述氢氟酸溶液的质量浓度优选为10～30％，更优选为12～28％，再优选为15～25％。本专利技术对所述氢氟酸的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本专利技术中，刻蚀时，所述Ti3AlC2粉的质量与氢氟酸溶液的体积比优选≥1g:10mL，更优选为(1～5)g：10mL，再优选为(1.5～4.5)g：10mL。在本专利技术中，刻蚀的时间自Ti3A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种花瓣球形碳化钛，由厚度为20～30nm的纳米片构成；所述花瓣球形碳化钛具有孔隙，孔隙的孔径为20～50nm；所述花瓣球形碳化钛的粒径为200～300nm。

【技术特征摘要】
1.一种花瓣球形碳化钛，由厚度为20～30nm的纳米片构成；所述花瓣球形碳化钛具有孔隙，孔隙的孔径为20～50nm；所述花瓣球形碳化钛的粒径为200～300nm。2.如权利要求1所述的花瓣球形碳化钛，其特征在于，所述花瓣球形碳化钛的比表面积为28～40m2·g-1。3.权利要求1或2所述花瓣球形碳化钛的制备方法，包括以下步骤：(1)在搅拌条件下，将Ti3AlC2粉添加至氢氟酸溶液中，刻蚀后得到碳化钛；(2)在超声条件下，利用不同的插层剂对所述步骤(1)得到的碳化钛进行剥离，得到花瓣球形碳化钛；所述插层剂包括N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜或者乙腈。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中Ti3AlC2粉的粒径≤300目。5.如权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：高发明，宋丹丹，栾孙锐，杨兵义，李岩，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13