[發明專利]高比表面積碳化鈦材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201910048064.1
• 申請日: 2019-01-18
• 公開（公告）號: CN109569495A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 童張法;江宇威;賀鑫;廖丹葵;崔學民;李立碩
• 申請（專利權）人: 廣西大學;廣西碳酸鈣產業化工程院有限公司
• 主分類號: B01J20/02
• 分類號: B01J20/02;B01J20/28;B01J20/30
• 代理公司: 南寧勝榮專利代理事務所(特殊普通合伙) 45126
• 代理人: 鄧云書

本發明公開了一種高比表面積碳化鈦材料及其制備方法，屬于材料化學領域。本制備方法以三元層狀化合物Ti₃AlC₂陶瓷粉末為原料，通過酸刻蝕、水洗、堿化等處理后，使碳化鈦形貌和孔結構參數發生一定的變化，從而獲得具有高比表面積和特殊多孔結構的碳化鈦材料。本發明的新型碳化鈦材料具有特殊形貌結構的多孔結構，極大地提高了其比表面積和總孔體積，能使堿化碳化鈦用于多肽吸附時提供更多的吸附位點，更加有利于提高吸附量。形貌和孔結構參數的變化使其在電池材料、超級電容器、吸附等應用方面表現出的優異性能。

技術領域

本發明涉及材料化學領域，特別是涉及一種高比表面積碳化鈦材料及其制備方法。

背景技術

2004年，Novoselov等首次報道通過機械剝離的方式成功的從石墨中剝離出了僅僅由一層碳原子構成的薄片，那就是二維石墨烯結構；2011年，美國德雷塞爾大學的Yury等合作發現了一種新型的二維碳化鈦材料，其類似于石墨烯的二維過渡金屬氮化物或碳化物。二維碳化鈦材料作為一種新型材料，其單層形貌與石墨烯類似，但是與石墨烯的單原子結構相比，Ti-C結構中含有的多原子穩定性更好，此外，碳化鈦的Ti-C之間是共價鍵－離子鍵－金屬鍵的混合價鍵而在石墨烯中C與C原子之間鍵合比較單一，這也預示著碳化鈦材料將會擁有比石墨烯更加豐富可調的性能。

碳化鈦材料具有優良的性能，但是一些特性如比表面積偏低等限制了其應用領域，針對擴展碳化鈦的應用方向，許多學者對碳化鈦改性進行了探索，目前主要集中在復合材料方面，通常以碳化鈦作為基體制備功能性復合材料，借助化學或者其他方法利用碳化鈦特殊的層間結構使碳納米管或者一些細小顆粒原位生長在碳化鈦材料表面或者層間，從而獲得一系列理想的材料。

多肽是一種重要生物活性物質，是由α-氨基酸經過肽鍵連接形成的化合物，也是蛋白質水解的中間產物，具有特殊的理化性質，能調節體內系統和細胞間的生理功能，該類物質大多存在于復雜體系中，如在生物體內信號的傳遞等重要的生理過程都存在多肽類物質的吸附，因此對其分離研究具有十分重大的意義和廣泛的應用前景。近年來，隨著多肽研究的深入，拓展了其在生物傳感、藥物篩選、疫苗制備和食品添加劑領域的應用，這樣對多肽吸附材料的設計引發了新的挑戰。

多肽吸附過程比較復雜，其中涉及到了靜電作用、范德華力、疏水相互作用和氫鍵等多種相互作用力，一般認為，多肽在納米材料表面的吸附過程主要包括三個階段：①靠近表面；②吸附到表面并發生構象轉換；③已吸附的多肽發生脫附。

多肽在材料表面的吸附過程主要受到多種因素的影響，主要體現在如下三個方面：一、多肽自身性質(如大小、形狀、空間構想、電荷分布以及結構穩定性等)；二、材料特性(如材料表面化學基團、親疏水性、帶點性、曲率和拓撲結構等)；三、環境因素(如pH值、溫度、濃度等)等。

(1)靜電吸引力

某種因素對多肽吸附的影響不是絕對的，其他因素一般也會制約其吸附性能。各種因素相互協同但是又獨立影響，造成了多肽在材料表面吸附的復雜性。一般認為，范德華力和靜電引力是多肽吸附的主要驅動力，靜電引力很容易將多肽吸附到帶有相反電荷的固體表面，材料表面的電荷密度以及電荷類型都能夠影響材料對多肽的吸附量。

(2)材料表面的親疏水性

影響吸附的主要因素是材料表面的親疏水性，疏水材料表面上具有相對較低的水密度，以開放的氫鍵網絡存在，分子締合理論也表明疏水材料更加有利于多肽的吸附，而親水材料抑制多肽吸附。

(3)材料表面形貌

研究表明材料表面的形貌也影響多肽的吸附行為，比表面積越大的材料能夠提供與多肽分子發生相互作用的位點更多，使材料總表面能更大，更加利于增大對多肽的吸附量。

(4)多肽間的相互作用

在高濃度或者復雜的多肽溶液中，其多肽分子自身之間也會發生相互作用，這樣使得吸附行為更加的復雜。