[發明專利]一種碳化鈦原位生長CNTs三維復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201611228021.4
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106783230B
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 朱建鋒;李學林;王雷;秦毅;武文玲;呂文靜;衛丹;王芬
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/24;H01G11/26;H01G11/30;H01G11/36;H01M4/36;H01M4/583;C01B32/921;C01B32/162;B82Y30/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明屬于納米功能材料的制備技術領域，特別地涉及一種碳化鈦原位生長CNTs三維復合材料及其制備方法，首先取碳化鈦納米粉體加入到超純水中，分散均勻后再加入Co(NO₃)₂·6H₂O，進行液相反應；液相反應結束后向反應液中加入尿素，在恒定溫度下持續攪拌蒸發掉水分，得到前驅體粉末；其中，碳化鈦納米粉體、Co(NO₃)₂·6H₂O和尿素的質量比為(0.2～1.0)：(0.1～0.4)：(3.0～30.0)；將前驅體粉末磨細后進行熱處理，得到碳化鈦原位生長CNTs三維復合材料。本發明以碳化鈦作為載體，鈷作為催化劑，尿素作為碳源，利用簡單熱解法制備出三維復合材料，能夠提高Ti₃C₂的電化學性能。

【技術領域】

本發明屬于納米功能材料的制備技術領域，特別地涉及一種碳化鈦原位生長CNTs三維復合材料及其制備方法。

【背景技術】

最近，一類被稱為MXene的材料的發現擴展了二維材料的族群，即過渡金屬碳化物或碳氮化物，其結構與石墨烯類似。MXene材料可通過腐蝕除去MAX相中的A層元素，并保持原來的MX結構不變而獲得，如Ti₃C₂、Ti₂C等。MXene以其高導電性、大比表面積、多層結構、良好的化學穩定性及環境友好性，在鋰離子電池、超級電容器、光催化和傳感器等領域有著很大的應用潛力。在吸附領域，Peng等研究表明堿金屬插層的Ti₃C₂對有毒重金屬Pb²⁺有優異的吸附性能，可用于有效地凈化飲用水。Ti₃C₂的吸附性能與其表面豐富的活化羥基和大的比表面積密切相關，具有吸附量大，吸附速率快，靈敏度高以及可逆吸附的特點。Ti₃C₂對Pb²⁺的吸附能力不會受到溶液中其他高濃度離子(如Ca²⁺、Mg²⁺等)的影響。Ti₃C₂以其獨特的層狀結構有望在治理有害離子、重金屬及有機污染物等方面發揮出巨大的作用。作為新型儲能材料，在鋰離子電池和超級電容器上，近年來對于MXenes的研究也有很多。Naguib等將Ti₂CT_x應用于LIBs電極上，在C/25的倍率下，其比容量為225mAhg^-1；以1C進行80次循環充放電后，其充比容量為110mAhg^-1；以3C進行120次循環充放電后，其比容量為80mAhg^-1；以10C進行200次循環充放電后，其充電容量為70mAhg^-1。MXene納米材料自身良好的導電性和二維層狀結構是其電化學性能優異的源泉。然而Ti₃C₂納米材料自身導電性和比容量偏低，導致其電化學性能欠佳，MXene基電化學電容器的應用也有待進一步探究。

碳納米管是典型的一維量子材料，具有良好的導電、力學、熱學性能，以及很高的環境穩定性(耐強酸、強堿腐蝕)和結構穩定性，使其在鋰離子電池、超級電容器、傳感器和吸波等領域有著廣泛的應用。由于碳納米管具有優越的電學及力學性能，被認為是復合材料的理想添加相。碳納米管作為加強相和導電相，在納米復合材料領域有著巨大的應用潛力。