[發(fā)明專利]一種MXene-聚多巴胺復(fù)合材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810762327.0
• 申請日: 2018-07-12
• 公開（公告）號: CN109096754A
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 凌錚;宋永臣;王博浩;張曉東;石常瑞;李峰;陳乾;劉冬蕾;趙佳飛;楊磊;李洋輝
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: C08L79/04
• 分類號: C08L79/04;C08K3/14;C08K3/28
• 代理公司: 大連星海專利事務(wù)所有限公司 21208
• 代理人: 徐雪蓮

一種MXene?聚多巴胺復(fù)合材料及其制備方法，復(fù)合物材料是經(jīng)剝離處理得到的二維過渡族金屬碳（氮）化物MXene納米片及包裹在該MXene納米片表面的聚多巴胺構(gòu)成；其中，二維過渡族金屬碳（氮）化物MXene納米片與聚多巴胺的質(zhì)量比為1：0.05～1：1。本發(fā)明利用聚多巴胺的還原及包裹作用，通過將聚多巴胺包裹在剝離處理得到的二維過渡族金屬碳（氮）化物MXene納米片的表面，提高了MXene納米片的穩(wěn)定性；同時利用聚多巴胺的支撐作用增大了MXene納米片的層間距，得到了具有高穩(wěn)定性和優(yōu)異的離子和氣體存儲特性的MXene?聚多巴胺復(fù)合材料；且本發(fā)明的制備步驟簡單，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新材料與能源環(huán)境領(lǐng)域，尤其是一種MXene-聚多巴胺復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

MXene是一類新型的二維過渡族金屬碳化物或氮化物，于2011年由美國Drexel大學(xué)的研究者首次報道。MXene材料家族成員豐富，該材料的化學(xué)通式為M_n+1X_nT_x，其中M為過渡金屬元素，X為碳或者氮元素，n為1～3的整數(shù)，T為表面官能團，x為官能團的數(shù)量。MXene同時具有導(dǎo)電性和親水特性，因此在離子存儲、能量轉(zhuǎn)化等許多領(lǐng)域有著極好的應(yīng)用前景。然而由于MXene表面存在暴露的金屬原子，因此極易被氧化，使得結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電性被破壞；此外MXene以及由剝離的MXene納米片構(gòu)成的MXene膜的層間距較小，對于離子、氣體的吸附及傳輸造成阻礙。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種可有效避免MXene材料表面氧化，有助于MXene納米片層間距的增大，提高離子和分子的存儲特性且制備步驟簡單的MXene-聚多巴胺復(fù)合材料及其制備方法。

本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案：一種MXene-聚多巴胺復(fù)合材料，該復(fù)合物材料是經(jīng)剝離處理得到的二維過渡族金屬碳(氮)化物MXene納米片及包裹在該二維過渡族金屬碳(氮)化物MXene納米片表面的聚多巴胺構(gòu)成；其中，二維過渡族金屬碳(氮)化物MXene納米片與聚多巴胺的質(zhì)量比為1：0.05～1：1。

所述二維過渡族金屬碳(氮)化物MXene納米片的結(jié)構(gòu)式為Ti₃C₂T_x,Ti₂CT_x,Nb₂CT_x,其中T為多層MXene表面的官能團，x為官能團的數(shù)量。

所述二維過渡族金屬碳(氮)化物MXene納米片為少層或者單層MXene納米片。

一種MXene-聚多巴胺復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、選擇性腐蝕原料MAX粉末得到多層二維過渡族金屬碳(氮)化物MXene納米片：

利用氫氟酸或原位生成的氫氟酸在預(yù)設(shè)腐蝕溫度下腐蝕原料MAX粉末，并經(jīng)去離子水洗滌、干燥后得到多層二維過渡族金屬碳(氮)化物MXene納米片；氫氟酸與原料MAX粉末的比例為每克原料MAX粉末加入10mL氫氟酸；

S2、剝離多層二維過渡族金屬碳(氮)化物MXene納米片得到少層和單層MXene納米片分散液：

將多層二維過渡族金屬碳(氮)化物MXene納米片分散在水中，在保護性氣氛下利用超聲或機械攪拌進行剝離處理，后經(jīng)離心處理得到少層和單層MXene納米片分散液；

S3、調(diào)節(jié)少層和單層MXene納米片分散液的pH值，將少層和單層MXene納米片分散液與鹽酸多巴胺混合進行反應(yīng)：