一种离子液体共价键合固载MXene的方法及其产物技术

本发明专利技术属于纳米功能材料领域，公开了一种离子液体共价键合固载MXene的方法及其产物。将含有‑OH，‑F，‑O端基的MXene材料加入含有不饱和双键的离子液体单体溶液，将离子液体通过电离辐射技术共价键合固载到MXene材料表面，经过洗涤和离心制得一系列含有不同结构离子液体共价键合固载MXene材料。本发明专利技术涉及的制备方法在常温下即可反应，无需催化剂、反应快、易控制、能耗低。用本方法解决了MXene纳米片堆积的问题，丰富MXene纳米片的活性位点种类或增加其化学有效活性面积。合成的MXene复合材料，维持了MXene材料的纳米结构，同时具有MXene和离子液体的优点，在能量存储、催化、传感和吸附方面具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种离子液体共价键合固载MXene的方法及其产物
本专利技术属于纳米功能材料领域，更具体地，涉及一种离子液体共价键合固载MXene的方法及其产物。
技术介绍
二维过渡金属碳化物和氮化物(MXene)，在特定的化学环境选择性地腐蚀MAX相的A原子层得到，表面有-OH、-O、-H、-F等终端官能团，其结构与石墨烯类似，具有较大的比表面积，优异的化学性能，良好的导电性、路易斯-酸性，被广泛应用在能量存储/转换、光/电催化、化学传感、静电屏蔽和吸附方面。但是，MXene片层结构很容易发生再堆叠现象，导致活性表面积的大量损失，影响了离子在层间的扩散，从而限制了其应用。近期，中国专利CN109449002A公开了用γ射线或电子束对Ti3C2Tx水分散液直接辐照，进行表面改性。改性的Ti3C2Tx材料具有褶皱结构和无定型碳，有助于提高其活性比表面积从而提高其电容性能。中国专利CN110760075A公布了一种利用γ射线或电子束引发辐射聚合的方法制备得到Ti3C2Tx复合双网络水凝胶，其中Ti3C2Tx作为添加剂，其高度应变依赖电阻特性赋予了Ti3C2Tx复合双网络水凝胶高灵敏度的应变传感器性能。但这些研究中利用辐射技术对MXene的改性相对单一，仅涉及MXene本身改性及其作为一种添加剂，不能满足不同的用途。用具有特定功能的单体通过共价键合的方式改性MXene材料需要被进一步研究。离子液体(ILs)是一种在室温条件下只由离子组成的液态物质，具有可忽略的蒸汽压力，可调节的溶解度和高热稳定性。而且，可通过改变阴阳离子的种类或者结构来调变其物理化学性质得到功能化离子液体。离子液体改性MXene材料已经有研究报道。中国专利技术专利CN108379876A公开了一种利用静电作用将功能化离子液体与MXene材料混合得到吸附剂，该方法反应时间长，离子液体与MXene之间结合力弱，容易流失。孙义鸣等人(EnergyStorageScienceandTechnology，2095-4239(2019)01-130-08)报道了以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐作为杂原子掺杂的氮源和硼源，通过不同温度热处理，得到新型的N、B掺杂MXene(N，B-Ti3C2Tx)作为超级电容器的电极材料。但是该方法操作复杂，反应时间长。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种离子液体共价键合固载MXene的方法及其产物，解决了MXene材料易于再堆积、活性位点少的技术问题，并克服了现有改性方法能耗高、操作复杂等缺点。为实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种离子液体共价键合固载MXene的方法，包括制备MXene材料纳米片分散液；将所述MXene材料纳米片分散液进行超声并除氧密封，加入含有不饱和双键的离子液体单体混合，进行辐射接枝反应；将所述辐射接枝反应所得的产物进行离心和洗涤，得到离子液体共价键合固载MXene材料。进一步地，所述MXene材料纳米片分散液通过将MAX相材料加入含氟溶液中进行刻蚀和超声得到。进一步地，所述MXene材料为MXene、金属纳米材料@MXene复合材料或金属氧化物纳米材料@MXene复合材料。进一步地，所述MXene的通式为Mn+1XnTx，其中M为早期过渡金属，X为碳和/或氮，Tx为表面终止基团，n为1或2或3。进一步地，所述金属纳米材料包括铁磁性金属及其合金、金、银、铜中的一种或多种。进一步地，所述MXene的质量浓度为0.5～60mg/mL，金属盐的添加量保证其所提供的金属的质量：MXene的质量之间的比例为(1～9)∶(1～30)。进一步地，所述离子液体种类为含有不饱和双键的咪唑盐类、吡啶盐类、季铵盐类和季膦盐类室温离子液体中的一种或几种。进一步地，所述离子液体浓度为5wt％～30wt％，溶剂为水、甲醇、甲苯、N，N-二甲基甲酰胺或乳液体系。进一步地，所述MXene材料与离子液体的体积之比为(1～5)∶(1～50)。本专利技术另一方面提供了一种根据上述方法制备得到的产物，所述离子液体共价键合固载MXene材料的形态为片层结构。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：(1)本专利技术采用的辐射接枝离子液体改性的方法，不仅解决了MXene纳米片再堆积的问题，还丰富MXene纳米片的活性位点种类或增加其化学有效活性面积。制备的离子液体共价键合MXene复合材既维持了MXene材料的纳米结构，又兼具离子液体和MXene的优点，在能量存储、催化、传感和吸附方面具有很好的应用前景。(2)相对于传统化学法改性操作复杂、难控制、反应时间长且较难实现大批量生产等缺点，本专利技术涉及的辐射接枝技术是一种反应条件温和、反应快、环境友好、操作简便、易于控制的改性方法。在MXene基材上接枝一系列含有不饱和双键的离子液体，具有离子液体损耗低、反应无需添加引发剂或催化剂、产率高等优点；而且，可通过调节辐射剂量和剂量率得到不同接枝率的改性材料，可实现离子液体共价键合MXene的大规模工业化生产。附图说明图1是本专利技术实施例提供的MXene纳米片的扫描电子显微镜谱图。图2是本专利技术实施例提供的MXene纳米片，10％、20％、30％离子液体共价键合MXene材料的热重图。图3是本专利技术实施例提供的MXene纳米片，Fe@MXene材料和10％离子液体共价键合Fe/MXene材料的红外图。图4是本专利技术实施例MXene纳米片，离子液体共价键合Fe@MXene材料和10％离子液体共价键合Fe@MXene材料的热重图。图5是本专利技术实施例离子液体共价键合Fe@MXene材料和10％离子液体共价键合Fe@MXene材料的XRD图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术的提供了离子液体共价键合固载的MXene的制备方法，包括如下步骤：步骤一，MXene纳米片的制备：将MAX相材料加入含氟溶液中进行刻蚀、超声，得到MXene纳米片分散液。步骤二，取一定浓度的MXene纳米片分散液，超声分散均匀，通入惰性气体，密封，加入含有不饱和双键的离子液体单体，使其与MXene发生辐射接枝反应。步骤三，将步骤二中得到的产物进行离心、洗涤得到离子液体共价键合固载MXene材料。步骤一中所述MXene的通式为Mn+1XnTx(n＝1-3)，其中M为早期过渡金属(Sc、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo等)，X为碳和/或氮，Tx为表面终止基团(如OH、O或F)。优选地，所述的MXene为Ti2CTx、Ti3C2Tx、Ti3CNTx、Ta4C3Tx、Nb2CTx、V本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子液体共价键合固载MXene的方法，其特征在于，包括/n制备MXene材料纳米片分散液；/n将所述MXene材料纳米片分散液进行超声并除氧密封，加入含有不饱和双键的离子液体单体混合，进行辐射接枝反应；/n将所述辐射接枝反应所得的产物进行离心和洗涤，得到离子液体共价键合固载MXene材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种离子液体共价键合固载MXene的方法，其特征在于，包括
制备MXene材料纳米片分散液；
将所述MXene材料纳米片分散液进行超声并除氧密封，加入含有不饱和双键的离子液体单体混合，进行辐射接枝反应；
将所述辐射接枝反应所得的产物进行离心和洗涤，得到离子液体共价键合固载MXene材料。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述MXene材料纳米片分散液通过将MAX相材料加入含氟溶液中进行刻蚀和超声得到。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述MXene材料为MXene、金属纳米材料@MXene复合材料或金属氧化物纳米材料@MXene复合材料。


4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述MXene的通式为Mn+1XnTx，其中M为早期过渡金属，X为碳和/或氮，Tx为表面终止基团，n为1或2或3。


5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵龙，文迪，谢康俊，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42