一种MXene材料的表面修饰方法技术

本发明专利技术属于二维纳米材料技术领域，具体涉及了一种MXene材料的表面修饰方法，是基于熔盐环境中的阴离子配位竞争的MXene表面修饰方法。具体包括将前驱体MAX相材料、路易斯酸熔盐、端基相关的单质元素粉体或端基相关的合金相、以及无机盐混合，高温反应制成MXene材料。本发明专利技术方法简单高效，环境友好，避免了使用高毒性、高危险性的氢氟酸溶液作为刻蚀剂制备MXene的诸多缺陷，同时实现了MXene材料表面的化学修饰，通过端基修饰可以有效调控MXenes材料的物理、化学性质，有望进一步促进MXenes的功能应用和大规模制备。功能应用和大规模制备。功能应用和大规模制备。

【技术实现步骤摘要】
一种MXene材料的表面修饰方法


[0001]本专利技术属于二维纳米材料
，具体涉及了一种MXene材料的表面修饰方法。

技术介绍

[0002]近年来，MXene作为一种新型的二维材料出现引起了材料研究者的极大关注。MXenes是一种过渡金属氮化物或碳化物，其通式为M
n+1
X
n
T
x
(n＝1
‑
3)，其中M是一般为前过渡族金，属，A是主族元素，X代表氮或碳，n＝1～3，T
x
表示表面端基。一般来说，MXene可以通过使用HF或HCl+LiF蚀刻MAX中的“A”位原子来获得。而“A”原子通常指的是指IIIA或IVA主族的元素，如Si和Al。在蚀刻过程中，表面会端接不同的端基，如
‑
OH、
‑
O和
‑
F。MXene表面丰富的端基为表面化学提供了极大的可能性。然而传统的制备方法限制了MXene表面端基的多样性，因此探究新的MXenes表面端基修饰方法是目前MXenes材料发展的关键问题之一。

技术实现思路

[0003]本专利技术的专利技术目的在于针对现有的上述问题，提供一种在MXene材料表面实现
‑
P、
‑
As、
‑
Sb、
‑
S、
‑
Se、
‑
Te等端基修饰的制备方法，制备方法简单且具有普适性。
[0004]为实现上述专利技术目的，本专利技术通过如下方案实现：一种MXene材料的表面修饰方法，是基于熔盐环境中的阴离子配位竞争的MXene表面修饰方法。
[0005]一种MXene材料的表面修饰方法，所述方法包括将前驱体MAX相材料、路易斯酸熔盐、端基相关的单质元素粉体或端基相关的合金相、以及无机盐混合，高温反应制成MXene材料。
[0006]本专利技术所述的一种基于熔盐环境中的阴离子配位竞争的MXene表面修饰方法。在高温环境中，无机盐会熔化为反应提供熔盐环境，路易斯熔盐熔化生成具有强氧化性的金属阳离子，金属阳离子通过氧化还原反应选择性刻蚀MAX相的A位原子，从而实现A位原子的刻蚀并成还原金属阳离子生成相应的金属单质，当在反应过程中引入端基相应的单质元素粉体时，还原生成的金属单质会与端基单质元素反应生成合金相，合金相在熔盐环境下熔化生成端基对应的阴离子，由于端基对应的阴离子比熔盐环境中的阴离子有更强的配位能力，因此跟容易端接到MXene表面从而实现其表面修饰。而当在反应体系中引入端基相应的合金相时，在反应过程中合金相会直接熔化生成端基相对应的阴离子，从而通过配位竞争实现表面化学修饰。此方法较之前所述方法，实现了MXene材料表面修饰，进一步扩大了其端基种类。表面化学修饰对于MXenes的物理化学性质有着显著影响，有望通过该方法来实现MXenes材料的性质调控和应用。
[0007]作为优选，所述的前驱体MAX相材料、路易斯酸熔盐、端基相关的单质元素粉体或其相关合金相、无机盐的摩尔比为1：(1～3)：(1～2)：(5
‑
10)。
[0008]进一步优选，所述的前驱体MAX相材料、路易斯酸熔盐、端基相关的单质元素粉体或端基相关的合金相、、无机盐的的摩尔比为1：(1.2～2.6)：(1.2～1.8)：(6
‑
8)。
[0009]作为优选，所述的路易斯酸熔盐包括FeO、CoO、NiO、CuO、ZnO、FeCl2、CoCl2、NiCl2、
CuCl2、ZnCl2、CdCl2、FeBr2、CoBr2、NiBr2、ZnBr2、CuI、FeI2、CoI2、NiI2、CdI2、AgI、FeSO4、CoSO4、NiSO4、CdSO4中的任意一种或多种。
[0010]进一步优选，所述的路易斯酸熔盐包括CuCl2、ZnCl2、FeCl2、NiCl2、CoCl2中的一种或多种。
[0011]作为优选，端基相关的单质元素粉体包括S、Se、Te、P、As、Sb中的一种或多种。
[0012]作为优选，端基相关的合金相包括FeS、Ag2S、CoS2、Cu2S、Ag2Se、CdSe、FeSe、NiSe、CdTe、NiTe、CoTe、FeTe、Co2P、Cu3P、Cd3P2、Cd3As2、Cu3As、Fe2As、NiSb、SnSb、CdSb、CoSb、P
‑
As、P
‑
Sb、As
‑
Sb、P
‑
As
‑
Sb中的一种或多种。
[0013]作为优选，所述的前驱体MAX相材料包括Ti3AlC2、Ti2AlC、Ti2AlN、Ti4AlN3、V2AlC、Cr2AlC、Nb2AlC、Hf2AlN、Ta4AlC3、Ti3AlCN中的任意一种或多种。
[0014]作为优选，所述的无机盐包括NaF、NaK、LiCl、NaCl、KCl、NaBr、KBr、KI、NaI中的任意一种或多种。
[0015]作为优选，高温反应在惰性气体保护下进行，高温反应的温度为500
‑
700℃，反应时间为5
‑
12h。
[0016]与现有技术相比，本专利技术方法简单高效，环境友好，避免了使用高毒性、高危险性的氢氟酸(HF)溶液作为刻蚀剂制备MXene的诸多缺陷，同时实现了MXene材料表面的化学修饰，制备端基为
‑
P、
‑
As、
‑
Sb、
‑
S、
‑
Se、
‑
Te、
‑
Cl、
‑
Br、
‑
I的MXenes材料，通过端基修饰可以有效调控MXenes材料的物理、化学性质，有望进一步促进MXenes的功能应用和大规模制备，如促进其在催化、储能、电磁屏蔽等领域的应用。
附图说明
[0017]图1是本专利技术实施例1中制得的端基含Sb元素的MXene材料Ta2CSb晶体及其前驱体MAX相Ta2AlC的XRD图；
[0018]图2是本专利技术实施例1中制得的端基含Sb元素的MXene材料Ta2CSb晶体的SEM图；
[0019]图3是本专利技术实施例1中制得的端基含Sb元素的MXene材料Ta2CSb晶体的SEM
‑
EDS能谱图；
[0020]图4是本专利技术实施例1中制得的端基含Sb元素的MXene材料Ta2CSb晶体的低倍STEM图；
[0021]图5是本专利技术实施例1中制得的端基含Sb元素的MXene材料Ta2CSb晶体的高倍STEM图；
[0022]图6是本专利技术实施例2中制得的端基含As元素的MXene材料Ti2CAs晶体及其前驱体MAX相Ti2AlC的XRD图；
[0023]图7是本专利技术实施例2中制得的端基含As元素的MXene材料Ti2CAs晶体的SEM图；
[0024]图8是本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MXene材料的表面修饰方法，其特征在于，是基于熔盐环境中的阴离子配位竞争的MXene表面修饰方法。2.根据权利要求1所述的MXene材料的表面修饰方法，其特征在于，所述的制备方法包括将前驱体MAX相材料、路易斯酸熔盐、端基相关的单质元素粉体或端基相关的合金相、以及无机盐混合，高温反应制成MXene材料。3.根据权利要求2所述的MXene材料的表面修饰方法，其特征在于，所述的前驱体MAX相材料、路易斯酸熔盐、端基相关的单质元素粉体或其相关合金相、无机盐的摩尔比为1：(1～3)：(1～2)：(5
‑
10)。4.根据权利要求2或3所述的MXene材料的表面修饰方法，其特征在于，所述的路易斯酸熔盐包括FeO、CoO、NiO、CuO、ZnO、FeCl2、CoCl2、NiCl2、CuCl2、ZnCl2、CdCl2、FeBr2、CoBr2、NiBr2、ZnBr2、CuI、FeI2、CoI2、NiI2、CdI2、AgI、FeSO4、CoSO4、NiSO4、CdSO4中的任意一种或多种。5.根据权利要求4所述的MXene材料的表面修饰方法，其特征在于，所述的路易斯酸熔盐包括CuCl2、ZnCl2、FeCl2、NiCl2、CoCl2中的一种或多种。6.根据权利要求2或3所述的MXene材料的表面修饰方法，其特征在于，端基相关的单质元素粉体包括S、Se、Te、P、As、S...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄庆，丁浩明，李友兵，
申请(专利权)人：宁波杭州湾新材料研究院，
类型：发明
国别省市：