一种多孔MXene材料的制备方法与流程

本发明属于二维材料领域，具体涉及一种多孔mxene材料的制备方法。

背景技术：

2011年，过渡金属碳化物(mxenes)材料首次被美国drexel大学教授yurygogotis和教授michelbarsoum通过氢氟酸刻蚀法制备得到，是另一种“石墨烯”二维材料。mxene材料主要通过刻蚀剂去除max相中a层(iiia、iva和va族元素)得到。在反应过程中，由于放热以及a层原子缺失，使mxene材料呈现出类石墨分层的高比表面积结构。但是对于mxene材料来说，不通过插层剥离，很难使材料比表面积进一步增大，而且剥离过程还会导致材料氧化。

在211型max相陶瓷中，以典型v2alcmax相陶瓷为例，其极难在短时间内将al原子层刻蚀干净，而且长时间刻蚀导致mxene极易氧化。以主流刻蚀法高浓度氢氟酸(50％)刻蚀法[j.am.chem.soc.135,15966-15969]以及盐酸氟盐刻蚀法[j.electrochem.soc.164,a709-a713]为例，分别在55℃用时90小时和90℃用时120小时，才能将max相陶瓷中的al层较好刻蚀干净。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种多孔mxene材料的制备方法，以克服现有技术存在的缺陷，本发明具有快速、稳定、工艺简单等优点，利用本发明方法可以快速制备出多孔mxene材料。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多孔mxene材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将m粉、钛粉、铝粉及石墨粉进行混料，所述m粉为过渡金属粉，然后预压后高温烧结，制备出m位ti原子固溶型max相，然后经磨细并过筛得到max相陶瓷粉体；

步骤二：将max相陶瓷粉体分散于高浓度氢氟酸中进行刻蚀得到mxene材料；

步骤三：将mxene材料通过低浓度氢氟酸进一步选择性刻蚀ti2c位点后，得到多孔mxene4材料。

进一步地，步骤一中过渡金属粉为铌粉或钒粉。

进一步地，步骤一中m粉、钛粉、铝粉及石墨粉之间摩尔比为(1～1.4)：(0.6～1)：(1.1～1.2)：1。

进一步地，步骤一中高温烧结的温度为1350～1500℃，保温时间为4小时。

进一步地，步骤一得到的max相陶瓷粉体的粒径为300～500目。

进一步地，步骤二具体为：将max相陶瓷粉体浸泡于质量浓度为39～41％的氢氟酸水溶液中，且每25～30ml氢氟酸水溶液中加入1gmax相陶瓷粉体，于30～45℃下搅拌18～48h刻蚀掉max相中的al层原子，然后水洗离心至水洗液到ph为6～7，得到mxene材料。

进一步地，步骤三具体为：将mxene材料分散于质量浓度在10～25％氢氟酸水溶液之中，于20～35℃搅拌10～40min溶解ti2c结构，然后水洗离心至水洗液到ph为6～7，最后用无水乙醇洗后离心，将所得粉末干燥，得到多孔mxene材料，其中每20-40ml氢氟酸水溶液中分散0.2-0.5gmxene材料。

进一步地，粉末干燥方式为：冷冻干燥2天或在60～80℃温度下真空干燥12h。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明基于刻蚀ti2alc211型max相陶瓷实验基础，由于ti-c键键力弱，导致其刻蚀活性过大，在刻蚀过程中极易溶解于氢氟酸之中，所以利用ti-c键键力弱的特点，将ti原子固溶到其他211型max相陶瓷的m位之中，不仅可以提高max相陶瓷的刻蚀活性，减少刻蚀时间，而且可以利用氢氟酸对ti-c键的影响，制造多孔结构，进而提高材料比表面积。实验效果由图2可以观察得到，通过第二次稀氢氟酸水溶液刻蚀后产生多孔形貌。

附图说明

图1是实施例2中第二次刻蚀反应后xrd图。

图2是实施例2中第二次刻蚀反应后sem图。

具体实施方式

下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：

一种多孔mxene材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将m粉、钛粉、铝粉及石墨粉按照摩尔比(1～1.4)：(0.6～1)：(1.1～1.2)：1进行混料，所述m粉为过渡金属粉(铌粉或钒粉)，然后预压后在1350～1500℃温度下烧结4小时，制备出m位ti原子固溶型max相，然后经磨细并过筛得到粒径为300～500目的max相陶瓷粉体；

步骤二：将max相陶瓷粉体浸泡于质量浓度为39～41％的氢氟酸水溶液中，且每25～30ml氢氟酸水溶液中加入1gmax相陶瓷粉体，于30～45℃下搅拌18～48h刻蚀掉max相中的al层原子，然后水洗离心至水洗液到ph为6～7，得到mxene材料；

步骤三：将mxene材料分散于质量浓度在10～25％氢氟酸水溶液之中，于20～35℃搅拌10～40min溶解ti2c结构，然后水洗离心至水洗液到ph为6～7，最后用无水乙醇洗后离心，将所得粉末干燥，得到多孔mxene材料，其中每20-40ml氢氟酸水溶液中分散0.2-0.5gmxene材料，粉末干燥方式为：冷冻干燥2天或在60～80℃温度下真空干燥12h。

下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：

实施例1

步骤一：将原料钒粉、钛粉、铝粉、石墨粉按照摩尔比：1.2:0.8:1.1:1进行混料，在1400℃下制备出m位ti原子固溶型max相，经锉刀磨细并过筛得到max相陶瓷粉体。

步骤二：将制备好的max相陶瓷粉体浸泡于39％氢氟酸水溶液中，并按照质量体积比1g/30ml，于45℃搅拌18h刻蚀掉max相中的al层原子，然后水洗离心至水洗液到ph为6，得到mxene。

步骤三：将制备好的mxene分散于质量浓度12％的氢氟酸之中，其中每20ml氢氟酸水溶液中分散0.2gmxene材料，在30℃下搅拌12min，然后水洗离心至水洗液到ph为6，最后用无水乙醇洗后离心，将所得粉末冷冻干燥2天，得到多孔mxene材料。

实施例2

步骤一：将原料钒粉、钛粉、铝粉、石墨粉按照摩尔比：1.4:0.6:1.2:1进行混料，在1350℃下制备出m位ti原子固溶型max相，经锉刀磨细并过筛得到max相陶瓷粉体。

步骤二：将制备好的max相陶瓷粉体浸泡于40％氢氟酸水溶液中，并按照质量体积比1g/27ml，于30℃搅拌48h刻蚀掉max相中的al层原子，然后水洗离心至水洗液到ph为7，得到mxene。

步骤三：将制备好的mxene分散于质量浓度10％的氢氟酸之中，其中每40ml氢氟酸水溶液中分散0.5gmxene材料，在35℃下搅拌10min，然后水洗离心至水洗液到ph为7，最后用无水乙醇洗后离心，将所得粉末在70℃真空干燥12h，得到多孔mxene材料。

实施例3

步骤一：将原料铌粉、钛粉、铝粉、石墨粉按照摩尔比：1:1:1.1:1进行混料，在1450℃下制备出m位ti原子固溶型max相，经锉刀磨细并过筛得到max相陶瓷粉体。

步骤二：，将制备好的max相陶瓷粉体浸泡于40％氢氟酸水溶液中，其中每25ml氢氟酸水溶液中分散0.3gmxene材料，并按照质量体积比1g/25ml，于35℃搅拌24h刻蚀掉max相中的al层原子，然后水洗离心至水洗液到ph为6，得到mxene。

步骤三：将制备好的mxene分散于质量浓度10％的氢氟酸之中，在30℃下搅拌10min，然后水洗离心至水洗液到ph为6，最后用无水乙醇洗后离心，将所得粉末在80℃真空干燥12h，得到多孔mxene材料。

参见图1，是实施例3中第二次刻蚀反应后xrd图谱，由图1可以看出经过两次刻蚀之后，物相中以刻蚀后产物(v0.7ti0.3)2ctx(mxene)为主。

参见图2，是实施例3中第二次刻蚀反应后微观形貌图，由图2可以看出mxene材料展现出多孔的微观形貌。

实施例4

步骤一：将原料钒粉、钛粉、铝粉、石墨粉按照摩尔比：1.3:0.7:1.2:1进行混料，在1500℃下制备出m位ti原子固溶型max相，经锉刀磨细并过筛得到max相陶瓷粉体。

步骤二：，将制备好的max相陶瓷粉体浸泡于41％氢氟酸水溶液中，并按照质量体积比1g/26ml，于35℃搅拌48h刻蚀掉max相中的al层原子，然后水洗离心至水洗液到ph为7，得到mxene。

步骤三：将制备好的mxene分散于质量浓度25％的氢氟酸之中，其中每35ml氢氟酸水溶液中分散0.4gmxene材料，在20℃下搅拌40min，然后水洗离心至水洗液到ph为7，最后用无水乙醇洗后离心，将所得粉末在60℃真空干燥12h，得到多孔mxene材料。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。