一种具有自由基捕捉功能的MXene纳米片及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种具有自由基捕捉功能的MXene纳米片及其制备方法与应用。本发明专利技术的具有自由基捕捉功能的MXene纳米片的制备方法包括以下步骤：1)将MXene加入溶剂中，进行超声分散，得到MXene分散液；2)将有机酸加入MXene分散液中，进行搅拌，即得具有自由基捕捉功能的MXene纳米片。本发明专利技术的MXene纳米片具有优异的自由基捕捉功能，不仅在水氧环境中具有优异的储存稳定性，而且在燃烧时可以猝灭高活性过氧自由基，抑制燃烧反应，发挥高效的阻燃作用，此外还具有优良的导电性能和热电传感特性，可以用在运动监测、温度感知和火灾预警等领域，具有十分广阔的应用前景。有十分广阔的应用前景。有十分广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种具有自由基捕捉功能的MXene纳米片及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及纳米材料
，具体涉及一种具有自由基捕捉功能的MXene纳米片及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]二维层状纳米材料MXene是一种新兴的二维无机化合物，由几个原子层厚度的过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物构成，其具有较高的比表面积、金属导电性、热电传感特性、亲水性以及丰富的表面化学特性，受到了国内外学者的广泛关注，在吸附、传感、催化、储能、电磁屏蔽和智能防火等领域均展现出很好的应用前景。然而，MXene纳米片存在一些结构缺陷，且嵌有活泼的过渡金属和终止基团，在水氧环境中存储时MXene纳米片的边缘和缺陷处易与O2和H2O结合而产生电子，造成MXen纳米片的氧化，同时，电子和空穴在MXene纳米片表面会形成内部电场，促使MXene纳米片的进一步氧化，最终会导致MXene纳米片的性能恶化甚至完全丧失。因此，亟需改善MXene纳米片在水氧环境中的存储稳定性。
[0003]MXene纳米片的氧化反应主要是从边缘和结构缺陷处开始，然后以过渡金属原子为晶核进行生长，进而蔓延至整个纳米片。目前，抑制MXene纳米片氧化的方法(例如：控制存储环境、改进刻蚀方式、退火调节表面基团、物理封装)主要围绕着物理隔绝O2和减少活性反应位点展开，虽然可以在一定程度上延缓MXene纳米片的氧化，但仍存在许多问题：
[0004]1)控制存储环境法和改进刻蚀方式法是通过降低片材表面的缺陷密度来增强MXene纳米片的氧化稳定性，效果并不理想；
[0005]2)通过在还原气氛中进行退火处理可以调节MXene纳米片表面的终止基团，但操作过程较为复杂，易造成MXene纳米片的堆叠和团聚；
[0006]3)物理封装的方式虽然可以较大程度改善MXene纳米片的稳定性，但由于金属氧化物和其他基团的存在，对MXene纳米片的导电性能和热电效应影响较大。
[0007]因此，开发一种在水氧环境中具有优异的储存稳定性的MXene纳米片具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种具有自由基捕捉功能的MXene纳米片及其制备方法与应用。
[0009]本专利技术所采取的技术方案是：
[0010]一种具有自由基捕捉功能的MXene纳米片的制备方法包括以下步骤：
[0011]1)将MXene加入溶剂中，进行超声分散，得到MXene分散液；
[0012]2)将有机酸加入MXene分散液中，进行搅拌，即得具有自由基捕捉功能的MXene纳米片。
[0013]优选的，一种具有自由基捕捉功能的MXene纳米片的制备方法包括以下步骤：
[0014]1)将MXene加入溶剂中，进行超声分散，得到MXene分散液；
[0015]2)将有机酸滴加到MXene分散液中，进行搅拌，再进行抽滤，滤得的固体进行洗涤和干燥，即得具有自由基捕捉功能的MXene纳米片。
[0016]优选的，所述MXene、有机酸的质量比为1:0.1～10。
[0017]优选的，步骤1)所述MXene为碳化钛MXene、碳化铌MXene、碳化钒MXene、碳化钽MXene中的至少一种。
[0018]优选的，步骤1)所述MXene的片层直径为0.1μm～10μm，层间距为0.1nm～3nm。
[0019]优选的，步骤1)所述溶剂为水、乙醇、丙酮中的至少一种。
[0020]优选的，步骤1)所述超声分散在
‑
5℃～15℃下进行，超声功率为100W～500W，超声分散时间为0.5h～3h。
[0021]优选的，步骤2)所述有机酸为植酸、单宁酸、抗坏血酸、山梨酸中的至少一种。
[0022]优选的，步骤2)所述搅拌在25℃～40℃下进行。
[0023]优选的，步骤2)所述洗涤使用的洗涤溶剂为无水乙醇、乙醚、甲苯中的至少一种。
[0024]优选的，步骤2)所述干燥的方式为冷冻干燥，干燥时间为4h～48h。
[0025]一种具有自由基捕捉功能的MXene纳米片，其由上述方法制备得到。
[0026]一种智能防火材料，其表面覆盖有包含上述具有自由基捕捉功能的MXene纳米片的涂层。
[0027]上述智能防火材料的制备方法包括以下步骤：
[0028]1)将具有自由基捕捉功能的MXene纳米片分散在水中制成分散液；
[0029]2)将基材浸渍在分散液中，再取出进行干燥，并重复进行浸渍和干燥操作；
[0030]3)将步骤2)处理过的基材浸渍在聚二甲基硅氧烷分散液中，同时进行超声，再取出进行固化和干燥，即得智能防火材料。
[0031]优选的，步骤1)所述分散液的浓度为5mg/mL～30mg/mL。
[0032]优选的，步骤2)所述基材为易燃基材。
[0033]进一步优选的，步骤2)所述基材为棉织物、木材、聚氨酯泡沫、PET薄膜中的一种。
[0034]优选的，步骤2)所述浸渍的时间为2min～10min。
[0035]优选的，步骤2)所述干燥在50℃～60℃下进行，干燥时间为15min～25min。
[0036]优选的，步骤2)所述浸渍和干燥操作重复5次～20次。
[0037]优选的，步骤3)所述浸渍的时间为5min～15min。
[0038]优选的，步骤3)所述固化在60℃～100℃下进行，固化时间为3h～6h。
[0039]优选的，步骤3)所述干燥在45℃～55℃下进行，干燥时间为6h～12h。
[0040]将上述智能防火材料接入电压探测电路中，其可以作为温度探测器，同时，串联报警器后可实现对异常高温和火灾的早期监控。
[0041]本专利技术的有益效果是：本专利技术的MXene纳米片具有优异的自由基捕捉功能，不仅在水氧环境中具有优异的储存稳定性，而且在燃烧时可以猝灭高活性过氧自由基，抑制燃烧反应，发挥高效的阻燃作用，此外还具有优良的导电性能和热电传感特性，可以用在运动监测、温度感知和火灾预警等领域，具有十分广阔的应用前景。
[0042]具体来说：
[0043]1)本专利技术利用有机酸对MXene材料进行插层，并使有机酸均匀修饰到MXene表面，
不仅可以增加层间距，使MXene表面暴露出更多的活性位点，而且还可以有效捕捉水氧环境中产生的自由基，减少纳米片边缘和缺陷处的氧化；
[0044]2)本专利技术的MXene纳米片具有高效阻燃作用，在遭遇火焰时层状纳米材料一方面具有优异的阻隔性能，另一方面可以快速催化多羟基高分子化合物发生炭化反应，生成具有优异热稳定性能和隔热隔氧性能的层状多孔炭层，且在燃烧过程中还能猝灭高活性过氧自由基，抑制燃烧反应，从而发挥高效阻燃作用；
[0045]3)本专利技术的MXene纳米片的制备方法简单，无需任何催化剂，修饰反应过程在低温下即可进行，反应时间短，可操作性强，适合进行大批量生产、长时间存储和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有自由基捕捉功能的MXene纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将MXene加入溶剂中，进行超声分散，得到MXene分散液；2)将有机酸加入MXene分散液中，进行搅拌，即得具有自由基捕捉功能的MXene纳米片。2.根据权利要求1所述的具有自由基捕捉功能的MXene纳米片的制备方法，其特征在于：所述MXene、有机酸的质量比为1:0.1～10。3.根据权利要求1所述的具有自由基捕捉功能的MXene纳米片的制备方法，其特征在于：步骤1)所述MXene为碳化钛MXene、碳化铌MXene、碳化钒MXene、碳化钽MXene中的至少一种。4.根据权利要求1～3中任意一项所述的具有自由基捕捉功能的MXene纳米片的制备方法，其特征在于：步骤1)所述MXene的片层直径为0.1μm～10μm，层间距为0.1nm～3nm。5.根据权利要求1～3中任意一项所述的具有自由基捕捉功能的MXene纳米片的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖学军，王冰林，曾幸荣，李红强，邓惠琳，马文杰，张安强，雷雨风，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：