[發(fā)明專利]鈦基氧化物二維材料及其制備方法

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• 申請日: 2019-12-10
• 公開（公告）號(hào): CN110963526A
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳程成;趙振博;唐云濤;朱剛;倪毅強(qiáng);張旭輝;蔣攀攀
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn)研究所（（工業(yè)和信息化部電子第五研究所）（中國賽寶實(shí)驗(yàn)室））
• 主分類號(hào): C01G23/04
• 分類號(hào): C01G23/04;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州華進(jìn)聯(lián)合專利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 向薇

本發(fā)明涉及一種鈦基氧化物二維材料及其制備方法。所述制備方法包括如下步驟：(1)獲取鈦酸銫粉末，并與鹽酸的水溶液混合，進(jìn)行離子交換，收集沉淀物，清洗，干燥，得層狀結(jié)構(gòu)的水合鈦酸；(2)將所述層狀結(jié)構(gòu)的水合鈦酸分散于水中，加入插層劑進(jìn)行剝層處理，然后離心，收集清液。該制備方法能夠通過便于工業(yè)化應(yīng)用的工藝方法制備得到鈦基二維材料，能耗小，成本低，工藝便于控制，且制得的鈦基二維材料的二維平面面積大，功能性優(yōu)異。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及鈦基氧化物二維材料及其制備方法。

背景技術(shù)

二維材料是一類新興的材料，厚度在單原子層到幾個(gè)原子層厚度的材料稱為二維材料。較為典型的二維材料，如石墨烯、黑鱗、MAXene等，因其載流子遷移和熱量擴(kuò)散都被限制在二維平面內(nèi)，表現(xiàn)出高導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、高接觸浸潤性、大比表面積、高機(jī)械強(qiáng)度等特點(diǎn)，因此，二維材料在諸多領(lǐng)域具廣泛的應(yīng)用前景，例如：化學(xué)催化、光催化、新能源電池、生物醫(yī)藥等。

鈦元素在自然界中儲(chǔ)量豐富、環(huán)境友好，由于Ti原子外層四電子結(jié)構(gòu)，使鈦基氧化物表現(xiàn)出許多奇特的性質(zhì)，并在生產(chǎn)、生活中廣泛使用。將鈦基氧化物制備成具有超薄結(jié)構(gòu)的二維材料能夠極大的激發(fā)其活性，提高材料在催化、儲(chǔ)能等方面的效率。傳統(tǒng)的制備二維材料的方法有球磨、超聲、重結(jié)晶等。

然而，自然條件下鈦基氧化物主要以金紅石、銳鈦礦等晶型存在，很難通過重結(jié)晶生長成二維結(jié)構(gòu)，且其晶型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，無論通過物理方法(如球磨、超聲)還是化學(xué)方法都很難將其剝離成片，需要借助高能球磨、高溫等手段進(jìn)行剝離，能量消耗大，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，同時(shí)，前述方法制備的二維鈦基氧化物，其尺寸較大，二維平面的面積較小，很難形成超薄二維材料所獨(dú)具的納米效應(yīng)，表現(xiàn)出來的功能性效果較差。

基于此，具有超薄二維結(jié)構(gòu)的鈦基氧化物鮮有報(bào)道，與其相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)研究也受到了嚴(yán)重的制約。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要提供一種鈦基氧化物二維材料的制備方法。該制備方法能夠通過便于工業(yè)化應(yīng)用的工藝方法制備得到鈦基二維材料，能耗小，成本低，工藝便于控制，且制得的鈦基二維材料的二維平面面積大，功能性優(yōu)異。

一種鈦基氧化物二維材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)獲取鈦酸銫粉末，并與鹽酸的水溶液混合，進(jìn)行離子交換，收集沉淀物，清洗，干燥，得層狀結(jié)構(gòu)的水合鈦酸；

(2)將所述層狀結(jié)構(gòu)的水合鈦酸分散于水中，加入插層劑進(jìn)行剝層處理，然后離心，收集清液。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，步驟(1)中，所述鹽酸的水溶液中鹽酸的濃度為0.2～2mol/L；及/或，所述鹽酸水溶液的用量為每100g所述鈦酸銫，加入0.8～1.2L。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，步驟(1)中，所述離子交換的時(shí)間為10～80h，且在所述離子交換過程中，每10h更換一次所述鹽酸的水溶液。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，步驟(1)中，所述堿金屬鈦酸鹽為鈦酸銫。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，步驟(2)中，所述插層劑為四丁基氫氧化銨、四丁基溴化銨或二乙基二甲基氫氧化銨。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，步驟(2)中，所述剝層處理的條件包括：在轉(zhuǎn)速200～800rpm條件下，攪拌1～5天。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，步驟(1)中，所述鈦酸銫的獲取方法包括如下步驟：

將碳酸銫與二氧化鈦加入水中，混合攪拌，然后于50～100℃溫度條件下攪拌至水揮發(fā)干，形成粉末；

壓制所述粉末，然后于500～900℃煅燒5～15h。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述壓制的壓力為5～20Mpa。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述碳酸銫與二氧化鈦摩爾比為1.5～2:1。