[發(fā)明專利]一種大尺寸、富含氧官能團(tuán)的MXene納米片及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910909327.3
• 申請(qǐng)日: 2019-09-24
• 公開（公告）號(hào): CN110615440B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 武立立;楊月;張喜田;于海玲;李璐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱師范大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B32/921
• 分類號(hào): C01B32/921;B82Y30/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 岳泉清

一種大尺寸、富含氧官能團(tuán)的MXene納米片及其制備方法和應(yīng)用，它涉及一種MXene納米片及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有方法制備的MXene納米片的橫向尺寸小的問題。一種大尺寸、富含氧官能團(tuán)的MXene納米片由多個(gè)少層MXene納米片堆疊而成。制備方法：一、將二維MXene納米片懸濁液進(jìn)行離心，得到泥狀沉淀物；二、向泥狀沉淀物中加入去離子水，攪拌，再放入零下80度超低溫冰箱中冷凍，最后放入冷凍干燥機(jī)中冷凍干燥，得到凍干物；三、將凍干物置于溶劑中超聲。一種大尺寸MXene納米片作為超級(jí)電容器或鋰離子電池的電極材料使用。本發(fā)明可獲得一種大尺寸、富含氧官能團(tuán)的MXene納米片。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種MXene納米片及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

MXene是一種具有二維層狀結(jié)構(gòu)的新型二維類石墨烯晶體材料。它是由三元層狀化合物MAX剝離而來，其中M表示前過渡族金屬(Ti、Nb、Ta、V、Mo、Cr、Zr)，A主要為IIIA和IVA族元素，X為碳或者氮。X原子位于緊密排列的M層的八面體中心，M層與A層交替排列形成MAX相。研究人員用氫氟酸反應(yīng)蝕刻掉其中的A層，剩下M_n+1X_n層。M_n+1X_n層是只有幾個(gè)原子層厚度的二維平面結(jié)構(gòu)，為了強(qiáng)調(diào)與石墨烯(Graphene)具有類似的結(jié)構(gòu)，被命名為MXene。MXene包括數(shù)量龐大的過渡金屬碳化物和氮化物，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的MXene材料有60多種。

MXene具有良好的導(dǎo)電性、親水性以及機(jī)械性能。一方面，超薄原子層厚度的二維MXene表現(xiàn)出豐富的理化性能(包括光熱轉(zhuǎn)化性能、電子穿透性、X射線衰減和表面等離子共振等)和特殊的生物學(xué)效應(yīng)(酶響應(yīng)降解、細(xì)胞內(nèi)吞、體內(nèi)分布和代謝動(dòng)力學(xué)等)，被用于能源儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換、水體凈化、化學(xué)傳感、光或電催化和靜電屏蔽等領(lǐng)域，并被期待在納米生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有所突破。另一方面，MXene元素組分和片層內(nèi)結(jié)構(gòu)單元的精確可控制備，也為MXene的多功能化探索提供了更加廣泛、靈活的材料科學(xué)基礎(chǔ)。

目前，二維MXene納米片主要通過液相剝離的方法合成得到，主要的原理是利用其前驅(qū)體MAX材料中不同原子層間作用力的差異，通過條件可控的刻蝕過程來實(shí)現(xiàn)A層原子的抽出，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)MX層(即MXene)的剝離。常見的MXene納米片橫向尺寸多為2～5微米(CN108298541A)。盡管MXene在柔性電容器中已展現(xiàn)出較大的潛力，但是由于其納米片的橫向尺寸較小，仍然不能滿足可穿戴電子器件對(duì)柔性的需求。另外，作為潛在的電極材料，MXene通常是利用其高導(dǎo)電性作為導(dǎo)電襯底或支架與其他材料實(shí)現(xiàn)復(fù)合，這也要求MXene材料能夠?qū)崿F(xiàn)大尺寸制備。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有方法制備的MXene納米片的橫向尺寸小的問題，而提供一種大尺寸、富含氧官能團(tuán)的MXene納米片及其制備方法和應(yīng)用。

一種大尺寸、富含氧官能團(tuán)的MXene納米片由多個(gè)少層MXene納米片堆疊而成，相鄰的兩個(gè)少層MXene納米片之間具有納米級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)，其中少層MXene納米片的層數(shù)為1層～5層，厚度為1nm～6nm；所述的大尺寸、富含氧官能團(tuán)的MXene納米片的橫向尺寸為50μm以上，厚度為10nm～30nm。

一、將二維MXene納米片懸濁液進(jìn)行離心，倒掉上清液，得到泥狀沉淀物；

二、首先向泥狀沉淀物中加入去離子，攪拌均勻，得到粘稠的MXene納米片泥漿；然后將粘稠的MXene納米片泥漿放入零下80度超低溫冰箱中冷凍2h～3h，最后放入冷凍干燥機(jī)中冷凍干燥，得到凍干物；

三、將凍干物置于溶劑中超聲，得到分散在溶劑中的大尺寸、富含氧官能團(tuán)的MXene納米片；

步驟三中所述的凍干物的質(zhì)量與溶劑的體積比為(1mg～5mg):(1mL～10mL)。

一種大尺寸、富含氧官能團(tuán)的MXene納米片作為超級(jí)電容器或鋰離子電池的電極材料使用。