[發明專利]一種多孔MXene二維材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201811593463.8
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN109573989B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 楊誠;梁斌
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;C01B32/90
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 方艷平

本發明公開了一種多孔MXene二維材料及其制備方法，該制備方法包括以下步驟：S1：提供MXene懸浮液；S2：對所述MXene懸浮液進行機械振蕩；S3：對機械震蕩后的所述MXene懸浮液進行離心分離，得到多孔MXene分散液；S4：對所述多孔MXene分散液進行干燥，得到多孔MXene二維材料粉末。本發明提出的多孔MXene二維材料及其制備方法，簡單快捷、綠色環保、效率高且成本低。

技術領域

本發明涉及納米材料技術領域，尤其涉及一種多孔MXene二維材料及其制備方法。

背景技術

MXene是近年來新興的一種類石墨烯二維材料，通過腐蝕MAX相中的A原子層而得。MAX是一種層狀結構材料，其中M為早期過渡金屬(Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta等)，A為第三或四主族元素，X為C或/和N。MAX相具有六方層狀結構，由MX層和A原子層交替排列組成，MX之間以金屬鍵結合，MX片層與A原子面間通過范德華力相互作用。特定的化學環境可選擇性地腐蝕A原子層，形成穩定的MX層，表面吸附有-OH、-O、-H、-F等終端官能團，該二維材料即MXene。

理論預測或/和實驗表明，MXene在能源儲存/轉換、污水處理、化學傳感、光/電催化和靜電屏蔽等領域極具潛在應用價值。其中，MXene具有良好的電化學存儲電荷的性質，被認為是超級電容器和鋰離子電池等電化學儲能器件的電極材料之一。MXene具有親水性、導電性好、電荷響應速度快、比表面積大以及具有贗電容的特征且循環壽命穩定的優點，此外其堆積密度高，可有效降低電化學儲能器件的體積，提升其體積能量密度。

另一方面，多孔二維材料具有更高的比表面積，更多的化學活性位點，從而增加了電極和電解液之間的接觸面積，可提供更有效的離子、電子傳輸通道，有助于提高電化學儲能器件的整體性能。具有多級孔(微孔-介孔-大孔)結構的電極可提供連續的電子、電解液離子傳輸通道，更有利于電極/電解液界面傳質作用的進行，從而進一步提高儲能器件的電化學性。

研究人員采用光刻蝕法、催化刻蝕法、酸堿刻蝕法、碳熱還原法等制備多孔(2D)石墨烯，或者直接通過模板法、自組裝/冷凍干燥方法獲得多孔3D石墨烯，基于此設計組裝的電化學器件表現出良好的電化學性能；而多孔MXene方面，僅有少數文獻報道3D結構MXene的制備及應用(比如Yang Y,et al.ACS Nano 2018,12,4224-4232；Zhao D,etal.Chemical Communications,2018,54,4533-4536；Zhao MQ,et al.AdvancedMaterials,2017,29,1702410)，且僅有一篇文獻(Ren C E,Zhao M,Makaryan T,etal.Chemelectrochem,2016,3(5):847-847.)報道多孔(2D)MXene的制備。該文獻報道是基于化學刻蝕原理制備多孔Ti₃C₂T_x：先借助Cu²⁺(或Co²⁺、Fe²⁺)催化Ti₃C₂T_x納米片發生局部氧化生成TiO₂，然后用稀HF刻蝕掉TiO₂從而獲得多孔的Ti₃C₂T_x納米片。但是采用化學刻蝕法來制備方法較繁雜，導致生產效率較低。

以上背景技術內容的公開僅用于輔助理解本發明的構思及技術方案，其并不必然屬于本專利申請的現有技術，在沒有明確的證據表明上述內容在本專利申請的申請日已經公開的情況下，上述背景技術不應當用于評價本申請的新穎性和創造性。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提出一種多孔MXene二維材料及其制備方法，簡單快捷、綠色環保、效率高且成本低。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案：