[發明專利]一種高效制備薄層MXene的方法

有效

• 申請號: 202011471250.5
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112499601B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 賴超;蘇忠;曲婕;孫闖
• 申請（專利權）人: 江蘇師范大學
• 主分類號: C01B21/06
• 分類號: C01B21/06;C01B21/076;C01B32/914;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 西安杜諾匠心專利代理事務所(普通合伙) 61272
• 代理人: 葉厚平

本發明公開一種高效制備薄層MXene的方法，涉及MAX材料技術領域，是將已經刻蝕后的MAX原材料分散于剝離溶液中，在室溫下振蕩剝離后，冷凍干燥，即可得到少層MXene二維納米片層材料。本發明創造性的使用新型的剝離材料，實現了薄層MXene高效的剝離，提高了產率，極大地降低了成本，同時進一步提高MXene的穩定性。

技術領域

本發明涉及MAX材料技術領域，尤其涉及到MXene的制備方法。

背景技術

MXene作為一種新型的過渡金屬二維(2D)納米材料，其化學式為M_n+1X_n(M為過渡金屬元素，X為碳或氮元素，n＝1，2，3)。MXene材料具有優異的導電性，同時因其表面含有大量的官能團(-F，-OH，-O)，使得MXene也具有了良好的親水性。因為這些獨特的物理化學性質，自2011年問世以來MXene便被廣泛應用于催化，儲能，傳感器，水處理等領域。

目前MXene的常規制備方法包括酸刻蝕法(氫氟酸或相應的氟鹽)，堿刻蝕法以及高溫熔鹽法等。采取合適的刻蝕劑將原材料MAX中的A層元素(Al，Si等)刻蝕，然后通過振蕩剝離即得到二維薄層MXene納米片層。但在制備過程中，簡單的振蕩難以有效的將納米片完全剝離，同時剝離的二維納米片層又極易在范德華力的作用下發生不可逆的堆疊和團聚，導致薄層MXene產率極低，價格昂貴，無法商業化應用。

發明內容

基于薄層MXene產率低的問題，本發明創造旨在提出一種高效制備薄層MXene材料的方法，以克服現有技術中的不足。

本發明的另一目的在于提供薄層MXene二維材料的用途。

為達到上述目的，本發明創造的技術方案是這樣實現的：

一種高效制備薄層MXene的方法，其具體過程是：將A層元素(Al,Si等)已經被刻蝕的MAX塊體材料分散于一定量的剝離溶液中，振蕩剝離后，冷凍干燥即可獲得高產率的薄層MXene二維材料。

進一步的，所述的一種高效制備薄層MXene的方法，其剝離溶液為包括碳納米管、殼聚糖、聚丙烯酰胺的水溶液。

進一步的，所述的一種高效制備薄層MXene的方法，其剝離溶液的濃度為0.01-100mg/mL。

進一步的，所述的一種高效制備薄層MXene的方法，所添加剝離材料和待剝離的MAX材料的質量比為1％到100％。其最優比例為2％-20％。

進一步的，所述的一種高效制備薄層MXene的方法，其振蕩時間為0.1h-10h。

進一步的，所述的一種高效制備薄層MXene的方法，其片層的厚度為1.5-100nm，片層結構尺寸為0.1-10μm。

本發明的另一方面，提供薄層MXene二維材料在制備儲能材料、復合納米材料、潤滑材料、吸附材料或者催化劑中的用途。

相對于現有技術，本發明創造具有以下優勢：

(1)本發明創造所述的一種高效制備薄層MXene的方法，其原理是利用剝離材料的流變特性與粘性，將塊狀的MAX進行高效剝離，得到薄層MXene二維納米片材料。

(2)本發明創造所述的一種高效制備薄層MXene的方法，開創性地使用新型的剝離材料，剝離材料具有來源廣泛、易獲得、成本低的優勢，可以極大的降低薄層MXene二維納米片材料的制備成本。

(3)本發明創造所述的一種高效制備薄層MXene的方法，所用的剝離材料的表面基團(氨基，羥基等)可以與MXene表面的金屬原子配位，防止過渡原子被氧化，進而提高MXene的穩定性。

(4)本發明創造所述的一種高效制備薄層MXene的方法，反應條件溫和，操作簡單，環境友好，可實現高產率，利于大規模生產，提高MXene的應用前景。