基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料，所述纳米复合材料以纳米花状的VS2作为负载物，二维状的Ti3C2纳米片作为基质材料，形成稳定三维空间结构；所述二维状的Ti3C2纳米片为片径约1.0～2.0um，厚度约50～100nm的纳米薄片，所述纳米花状的VS2均匀生长在二维状的Ti3C2纳米片上，形成稳定搭载结构。本发明专利技术还公开了所述纳米复合材料的制备方法，所述制备方法可行性高，制备流程简单，可重复性高。本发明专利技术还提供了所述纳米复合材料在光热海水淡化方面的应用，所述太阳能光热转换材料层具有稳定性好，光吸收表面积大，热效率高，抗盐分积累等优点。抗盐分积累等优点。抗盐分积累等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于过渡金属硫化物、过渡金属碳化物与太阳能光热海水淡化领域，具体涉及一种基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料，其制备方法及其在太阳能光热海水淡化方面中的应用。

技术介绍

[0002]Ti3C2是一种新型的过渡金属碳化物，其结构是由三层Ti原子中间夹两层C原子构成的二维层状结构，其物理化学性质稳定、表面化学官能团丰富、亲水性好，在锂电池、能量存储、能量转化等领域表现出良好的应用潜力。由于Ti3C2具有出色的亲水性和可见光吸收能力，它也是一种良好的光热转换材料，其广阔的表面能对太阳光中的可见波段进行高效的吸收。但是由于Ti3C2是表面平整的二维纳米片结构，受到菲涅尔效应的影响会对红外波段的光产生强烈的反射作用，从而降低其对太阳光全波段的吸收比例。此外，纯的Ti3C2纳米材料本身难以形成稳定的空间结构，较低的孔隙率限制了其在光热转换方面的应用。因此，必须构建一种稳定存在的Ti3C2空间形貌结构，增大结构孔隙率并改善材料对红外光波段的吸收率，这是Ti3C2在太阳能光热转换领域亟待解决的问题。
[0003]过渡金属硫化物材料VS2是廉价、稳定、易于制备的纳米材料，已经被广泛用于半导体等复合材料中。近来，多种基于过渡金属硫化物的纳米复合结构体系已经引起众多研究学者的关注，但现有技术中尚未有基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的太阳能光热转换材料层的研究与应用。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术存在的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种具有优异太阳能光热转换性能的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料，所述复合材料应用于太阳能光热海水淡化时，具有优秀的稳定性与光热效率。
[0005]本专利技术提供了一种基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料，所述复合材料以纳米花状的VS2作为负载物，二维状的Ti3C2纳米片作为基质材料，形成稳定三维空间结构。
[0006]其中，所述纳米花状的VS2均匀生长在所述二维状的Ti3C2纳米片表面，形成所述基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料。
[0007]其中，所述Ti3C2纳米片与所述纳米花状VS2既实现了稳定的界面接触生长，又在空间上保持各自物化性能的独立。
[0008]其中，所述二维状的Ti3C2纳米片表面经过改性呈现亲水性，所述官能团包括氧基、羧基和氟基；所述纳米花状的VS2为六方晶系。
[0009]其中，所述二维状的Ti3C2纳米片为片径约1.0～2.0um，厚度约50～100nm分散的薄纳米片；优选地，所述二维状的Ti3C2纳米片为片径约2.0um，厚度约50nm分散的薄纳米片。
[0010]其中，所述纳米花状的VS2单片长度约150～200nm，互相成10～30
°
角度的交叉组
合形成花状，形成稳定三维结构；优选地，所述纳米花状的VS2单片长度约200nm。
[0011]其中，所述纳米花状的VS2为自组装生长形态。
[0012]与现有技术中类似本专利技术所述的纳米复合材料相比，本专利技术所述的纳米复合材料具有制备流程简单、材料稳定性高、可大批量制备的特点，在应用于太阳能光热时具有更高的热效率与机械稳定性。在1太阳光强度下经过24小时光热过程后，本专利技术所述的纳米复合材料的微观形貌无明显变化，证明该材料具有优秀的稳定性。与传统基于碳材料的复合材料热效率(60～70％)相比，本专利技术所述的纳米复合材料热效率可稳定提高至80％以上。在海水环境中经过24小时的浸泡，本专利技术所述的纳米复合材料结构无变化，完整性强，证明该材料具有优秀的机械稳定性。
[0013]本专利技术还提供了一种基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0014]步骤(1)、使用液相刻蚀法制备二维状的Ti3C2纳米片粉末；
[0015]其中，使用液相刻蚀法制备二维状的Ti3C2纳米片粉末的方法是现有技术公知的。
[0016]步骤(2)、使用水热合成法，向上述步骤(1)制备的二维状的Ti3C2纳米片粉末加入原钒酸钠和硫代乙酰胺，在180～185℃下反应20小时，结束后收集沉淀物；
[0017]所述Ti3C2纳米片粉末、原钒酸钠、硫代乙酰胺的质量比为(4～5):(4.5～5.5):(12～12.5)；优选地，为4:5:12；
[0018]所述原钒酸钠还可以用偏钒酸钠替代。
[0019]所述硫代乙酰胺还可以用硫脲或硫化氢饱和水溶液替代。
[0020]步骤(3)、将步骤(2)中获得的沉淀物进行退火处理，得到外观呈黑色的粉末状花状VS2@Ti3C2纳米复合材料；
[0021]所述退火的温度为195～205℃；所述退火的时间为2.5
‑
3.5小时；优选地，所述退火的温度为200℃，所述退火的时间为3小时。
[0022]所述方法优选在在Ar气保护下进行。
[0023]所述方法优选在管式气氛炉中进行退火处理。
[0024]具体地，所述基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0025]步骤(1)、使用液相刻蚀法制备二维状的Ti3C2纳米片粉末：将1.0g 200目Ti3AlC2粉末缓慢加入60ml体积分数为40％的氢氟酸水溶液中，充分搅拌超过60分钟后，将混合溶液加入100mL的反应釜中密封，在60℃下水浴加热24小时，反应结束后冷却至室温，收集反应釜底黑色沉淀物，先后使用无水乙醇和去离子水反复洗净，至上清液完全澄清，过滤后将样品置于真空干燥箱中70℃干燥12小时后取出，得到黑色粉末，即为二维状的Ti3C2纳米片粉末材料；
[0026]步骤(2)、使用水热合成法，取上述步骤(1)制备的二维状的Ti3C2纳米片粉末材料0.4g，加入50ml去离子水制成悬浮液，再加入0.5g原钒酸钠和1.2g硫代乙酰胺，搅拌5分钟后加入酒石酸调节pH为6，将该溶液转移至100ml反应釜中密封，在185℃下反应20h，待反应釜自然冷却至室温后，收集、清洗并烘干下层沉淀；
[0027]步骤(3)、在Ar气保护下，将步骤(2)中获得的沉淀物转移至管式气氛炉中进行退火处理，得到外观呈黑色的粉末状花状VS2@Ti3C2纳米复合材料，所述复合材料为黑色粉末
状，退火的温度为200℃，退火的时间为2.5～3.5小时。
[0028]本专利技术还提供了由上述方法制备得到的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料。
[0029]本专利技术还提供了所述基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料在太阳能光热海水淡化中的应用。
[0030]本专利技术还提供了一种基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的太阳能光热转换材料层，所述太阳能光热转换材料层包括：绝热层、海水输送层、过滤层、光热材料层。
[0031]其中，所述太阳能光热转换本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料，其特征在于，所述纳米复合材料以纳米花状的VS2作为负载物，二维状的Ti3C2纳米片作为基质材料，形成稳定三维空间结构。2.如权利要求1所述的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料，其特征在于，所述二维状的Ti3C2纳米片表面经过官能团改性，呈现亲水性；所述纳米花状的VS2为六方晶系。3.如权利要求1所述的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料，其特征在于，所述二维状的Ti3C2纳米片为片径为1.0～2.0um，厚度为50～100nm分散的薄纳米片；所述纳米花状的VS2单片长度为150～200nm，互相成10～30
°
角度的交叉组合形成花状，形成稳定三维结构。4.如权利要求1所述的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料，其特征在于，所述纳米花状的VS2为自组装生长形态。5.一种基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)、使用液相刻蚀法制备二维状的Ti3C2纳米片粉末；步骤(2)、使用水热合成法，向上述步骤(1)制备的二维状的Ti3C2纳米片粉末中加入原钒酸钠和硫代乙酰胺，在180～185℃下反应20小时，结束后收集沉淀物；步骤(3)、将所述步骤(2)中获得的沉淀物进行退火处理，得到外观呈黑色的粉末状花状VS2@Ti3C2纳米复合材料。6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述Ti3C2纳米片粉末、原钒酸钠、硫代乙酰胺的质量比为(4～5):(4.5～5.5):(12～12.5)；和/或，步骤(3)中，所述退火的温度为195～205℃；所述退火的时间为2.5～3.5小时。7.如权利要求5或6所述方法制备得到的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料。8.如权利要求1或7所述的基于二维材料的花状VS2@Ti3C2纳米复合材料在太阳能光热海水淡化中的应用。9.一种基于二维材料的花状VS...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振国，郁可，宗晖，朱自强，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：