一种二氧化钛?二维碳化钛纳米复合材料的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种二氧化钛?二维碳化钛纳米复合材料的制备方法，属于材料制备领域。本发明将三元层状化合物Ti3AlC2陶瓷粉末浸泡在氢氟酸溶液中反应，在反应过程中持续电磁搅拌，一段时间后取出用蒸馏水清洗、离心若干次，再用无水乙醇清洗、离心若干次，得到黑色黏土状产物，之后干燥。干燥完毕后，得到表面及层片间长有锐钛型二氧化钛的二维碳化钛材料。该制备方法方便、快捷、成本低廉，可一步制备目标材料。制得的二氧化钛?二维碳化钛纳米复合材料可用于催化、新型电池电极、污水处理、传感器等领域。
【专利说明】
一种二氧化钛-二维碳化钛纳米复合材料的制备方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种二氧化钛/ 二维碳化钛纳米复合材料制备方法，属于材料制备领域。
【背景技术】
[0002]随着大气、水体污染不断加剧，人类生态环境问题日益严峻，环境治理成为人类亟需解决的重大课题。因有望直接利用太阳光激活催化剂，并且在室温下能深度矿化有机污染物，以T12为催化剂的多相光催化技术是较理想的环境污染治理技术之一。
[0003]自从Fujishima和Honda发现Ti02在光福照条件下可以分解水成为氧气和氢气，T12光催化技术得到快速的发展(Fujishima，A.，et al.Nature，1972，238(5358)，37-38)。虽然半导体T12光催化剂具有化学稳定性高、耐腐蚀、无毒、分解装置相对简单、能耗低等优点，但是T12光催化技术在实际应用过程中存在一些不足:第一，催化效率偏低。T12光催化剂的光生电子-空穴对的再复合率高，导致其光催化性能受损;第二，光催化反应光谱响应范围窄。纯Ti02(锐钛矿型)的禁带宽度为3.2eV，在光催化过程中只对紫外光有很好的响应，而紫外光只占太阳光谱的3?5%，因此，纯Ti02(锐钛矿型)对太阳能的有效利用率偏低。研究表明:将二氧化钛与半导体材料复合，可有效提高复合材料体系的电荷分离效果，扩展光谱响应范围，从而提高Ti02的光催化性能(Bikiaris，D.，et al.Journal ofApplied Polymer Science，1999，71(7)，1089-1100)。
[0004]2011年，Naguib和Barsoum等(Naguib，M.，et al.Advanced Materials，201I，23
(37),4207-4207)利用氢氟酸(HF)选择性刻蚀掉三维层状化合物Ti3AlC2中的Al原子层得到具有类石墨烯结构的二维原子晶体化合物Ti3C2。利用第一性原理计算可知，带有官能团的Ti3C2 二维材料是一种带隙很窄的半导体，带隙小于0.07eV(Qing，T.，et al.Journal ofthe American Chemical Society，2012，134(134)，16909-16916)，因此将T12与Ti3C2复合可以显著降低复合材料的禁带宽度，同时Ti3Cd^存在可有效阻止光生电子和空穴的复合，促进电荷的转移，进而提高复合材料的光催化性能。此外，以二维材料Ti3C2S基体具有很高的比表面积，吸附效应明显，因此可以增加复合材料与污染物的接触面积，从而提高光催化效率。
[0005]实际上，Gao等(Gao，Y.，etal.Materials Letters，2015，150，62_64)首次采用水热法制备出了Ti02/Ti3C；^合材料并且研究了它的光催化性能，国内专利CN104495918A、CN104496461A和CN104529455A也分别阐述了制备了二氧化钛/纳米碳化钛复合材料的方法。但是这些文献和专利均是采用两步或者两步以上的方法制备二氧化钛/纳米碳化钛复合材料，其过程较为繁琐，形貌也难以控制。
【发明内容】
[0006]技术问题:本发明的目的在于:针对上述现有制备方法存在的缺点，提出一种一步法制备二氧化钛-二维碳化钛纳米复合材料的方法，该方法制备出的二氧化钛-二维碳化钛纳米复合材料不仅具有良好的光催化性能，而且由于比表面积大，增加了复合材料与污染物的接触面积，从而提高了光催化效率。此外该方法还具有简单易行，成本低廉，二氧化钛生长形貌可控等优点。
[0007]技术方案:为了达到以上目的，本发明的二氧化钛/二维碳化钛纳米复合材料的方法包括以下基本步骤:
[0008]将三元层状化合物Ti3AlC2陶瓷粉末浸泡在氢氟酸溶液中刻蚀反应，在刻蚀反应过程中持续电磁搅拌，之后取出用蒸馏水清洗、离心若干次，再用无水乙醇清洗、离心若干次，得到黑色黏土状产物，之后干燥，干燥完毕后，得到表面及层片间长有锐钛型二氧化钛的二维碳化钛纳米复合材料。
[0009]其中:
[0010]所述Ti3AlC2陶瓷粉末的粒度为100?625目，氢氟酸溶液的浓度为40?50wt% ;
[0011 ]所述Ti3AlC2陶瓷粉末浸泡在氢氟酸溶液的时间为100?160小时；
[00?2]所述的电磁搅拌，搅拌转子的转速为60?240转/分。
[0013]所述氢氟酸溶液的毫升体积与Ti3AlC2陶瓷粉末克重量之比为50?10。
[0014]所述刻蚀反应过程中溶液温度保持在15?25°C。
[0015]所述蒸馏水清洗直到离心上清液pH在5?6之间，离心机转速为2000?10000转/分，离心时间为I?10分钟。
[0016]所述无水乙醇清洗2?3次，离心机转速为3000?10000转/分，离心时间为I?10分钟。
[0017]所述干燥是指在30?100°C，保温10?48小时。
[0018]有益效果:该方法制备出的二氧化钛-二维碳化钛纳米复合材料不仅具有良好的光催化性能，而且由于比表面积大，增加了复合材料与污染物的接触面积，从而提高了光催化效率。此外该方法还具有简单易行，成本低廉，二氧化钛生长形貌可控等优点。制得的二氧化钛-二维碳化钛纳米复合材料可用于催化、新型电池电极、污水处理、传感器等领域。
【附图说明】
[0019]下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0020]图1为本发明实施例一中所制备的二氧化钛-二维碳化钛纳米复合材料XRD图以及Ti3AlC2原材料XRD图;
[0021 ]图2为本发明实施例一中所制备的二氧化钛-二维碳化钛纳米复合材料SEM图。
【具体实施方式】
[0022]将三元层状化合物Ti3AlC2陶瓷粉末浸泡在氢氟酸溶液中刻蚀反应，在刻蚀反应过程中持续电磁搅拌，之后取出用蒸馏水清洗、离心若干次，再用无水乙醇清洗、离心若干次，得到黑色黏土状产物，之后干燥，干燥完毕后，得到表面及层片间长有锐钛型二氧化钛的二维碳化钛纳米复合材料。
[0023]实施例一
[0024]刻蚀时间为150小时，氢氟酸浓度为40wt%，搅拌转子转速为120转/分，溶液温度为20°C的二氧化钛/ 二维碳化钛纳米复合材料:
[0025]1.刻蚀——将10克625目的!！“丨&粉末浸没在240毫升、40wt%氢氟酸溶液中；
[0026]2.电磁搅拌一一在刻蚀过程中一直电磁搅拌，搅拌转子的转速为120转/分，整个搅拌过程保持20°C不变；
[0027]3.清水清洗、离心——刻蚀150小时后，取样采用蒸馏水清洗，直至离心上清液pH在5?6之间。离心机转速为3500转/分，离心时间为5分钟；
[0028]4.酒精清洗、离心——将第3步清洗完毕的产物继续用无水酒精清洗2?3次，离心机转速为4000转/分，离心时间为5分钟，获得一种黏土型产物；
[0029]5.干燥——将第4步获得的产物在烘箱或者干燥箱中干燥24小时，保持温度50°C不变。即可获得目标产物。
[0030]实施例二
[0031]刻蚀时间为160小时，氢氟酸浓度为40wt%，搅拌转子转速为60转/分，溶液温度为15°C的二氧化钛/ 二维碳化钛纳米复合材料:
[0032]1.刻蚀——将5克625目的Ti3AlC2粉末浸没在100毫升、40被％氢氟酸溶液中；
[0033]2.电磁搅拌一一在刻蚀过程中一直电磁搅拌，搅拌转子的转速为60转/分，整个搅拌过程保持15°C不变；
[0034]3.清水清洗、离心——刻蚀160小时后，取样采用蒸馏水清洗，直至离心上清液pH在5?6之间。离心机转速为3500转/分，离心时间为5分钟；
[0035]4.酒精清洗、离心——将第3步清洗完毕的产物继续用无水酒精清洗2?3次，离心机转速为4000转/分，离心时间为5分钟，获得一种黏土型产物；
[0036]5.干燥——将第4步获得的产物在烘箱或者干燥箱中干燥24小时，保持温度50°C不变。即可获得目标产物。
[0037]实施例三
[0038]刻蚀时间为100小时，氢氟酸浓度为50wt %，搅拌转子转速为200转/分，溶液温度为20°C的二氧化钛/ 二维碳化钛纳米复合材料:
[0039]1.刻蚀——将5克300目的Ti3AlC2粉末浸没在100毫升、50被％氢氟酸溶液中；
[0040]2.电磁搅拌一一在刻蚀过程中一直电磁搅拌，搅拌转子的转速为200转/分，整个搅拌过程保持20°C不变；
[0041 ] 3.清水清洗、离心——刻蚀100小时后，取样采用蒸馏水清洗，直至离心上清液PH在5?6之间。离心机转速为3500转/分，离心时间为5分钟；
[0042]4.酒精清洗、离心——将第3步清洗完毕的产物继续用无水酒精清洗2?3次，离心机转速为4000转/分，离心时间为5分钟，获得一种黏土型产物；
[0043]5.干燥——将第4步获得的产物在烘箱或者干燥箱中干燥24小时，保持温度50°C不变。即可获得目标产物。
[0044]除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均属于本发明要求的保护范围。
【主权项】
1.一种二氧化钛-二维碳化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤:将三元层状化合物Ti3AlC2陶瓷粉末浸泡在氢氟酸溶液中刻蚀反应，在刻蚀反应过程中持续电磁搅拌，之后取出用蒸馏水清洗、离心若干次，再用无水乙醇清洗、离心若干次，得到黑色黏土状产物，之后干燥，干燥完毕后，得到表面及层片间长有锐钛型二氧化钛的二维碳化钛纳米复合材料。2.根据权利要求1所述的二氧化钛-二维碳化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于:所述Ti3AlC2陶瓷粉末的粒度为100?625目，氢氟酸溶液的浓度为40?50wt%。3.根据权利要求1所述的二氧化钛-二维碳化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于:所述Ti3AlC2陶瓷粉末浸泡在氢氟酸溶液的时间为100?160小时。4.根据权利要求1所述的二氧化钛-二维碳化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于:所述的电磁搅拌，搅拌转子的转速为60?240转/分。5.根据权利要求1所述的二氧化钛-二维碳化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于:所述氢氟酸溶液的毫升体积与Ti3AlC2陶瓷粉末克重量之比为50?10。6.根据权利要求1所述的二氧化钛-二维碳化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于:所述刻蚀反应过程中溶液温度保持在15?25°C。7.根据权利要求1所述的二氧化钛-二维碳化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于:所述蒸馏水清洗直到离心上清液pH在5?6之间，离心机转速为2000?10000转/分，离心时间为I?1分钟。8.根据权利要求1所述的二氧化钛-二维碳化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于:所述无水乙醇清洗2?3次，离心机转速为3000?10000转/分，离心时间为I?10分钟。9.根据权利要求1所述的二氧化钛-二维碳化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于:所述干燥是指在30?100 0C，保温1?48小时。
【文档编号】B01J27/22GK106040272SQ201610410996
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月13日
【发明人】孙正明, 郑伟, 张培根, 张亚梅, 王英, 凌晨
【申请人】东南大学