气相法生长碳氮MXene材料的方法和用途与流程

本发明是属于新材料领域，主要是关于一种气相法生长碳氮mxene材料的方法和用途。

背景技术：

1、2011，gogotsi首次采用hf刻蚀ti3alc2得到ti3c2，一类二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物，由于其和石墨烯graphene类似，便取名mxene。其化学式一般记为mn+1xntx(m是过渡金属，包括ti、v、cr、y、sc、zr、nb、mo、hf、ta、w)，x是c和(或)n，n＝1，2或3，t是表面官能团。mxene独特的晶体性质、层状结构、较高的金属导电性和表面丰富的官能团使得mxene在储能、电磁屏蔽、传感、催化等领域有着巨大的应用前景。最常用的制备mxene的方法是用氢氟酸(hf)刻蚀max相，也有利用lif+hcl体系刻蚀。而对于碳氮mxene来说，其原料前驱体max相中m-a键相对较强，m-x键相对较弱，导致刻蚀碳氮化物max相较难。

技术实现思路

1、本发明的目的在于第一方面提出一种新的气相法制备碳氮mxene材料的反应体系和方法，该方法步骤包括：将过渡金属的单质和/或氧化物、氮化碳、和卤化氢气体和/或卤素单质气体，加热至反应温度后保温预定时间冷却，得到mxene材料，所述mxene材料含有碳和氮元素。

2、在一些实施例中，上述过渡金属选自：ti、v、cr、y、sc、zr、nb、mo、hf、ta、w元素中的一种或多种。

3、在一些实施例中，上述卤化氢气体选自hcl、hbr或hi。

4、在一些实施例中，上述卤素单质气体选自cl2、br2或i2。

5、在一些实施例中，上述所述反应温度介于650至1500℃；优选地，介于650至900℃。

6、在一些实施例中，上述保温预定时间介于1min至24h；优选地，介于30min至2h。

7、在一些实施例中，上述方法还包括纯化步骤，以除去固态产物中的杂质；更具体地，所述纯化步骤包括：将反应后得到的所述固态产物加入非水溶剂中分散，并通过沉淀或离心分离。

8、在一些实施例中，上述非水溶剂选自碳酸丙烯酯(pc)、二甲基亚砜(dmso)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、乙腈(acn)、n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、n-甲基甲酰胺(nmf)、异丙醇(ipa)中的一种或多种。

9、在一些实施例中，上述mxene材料的化学式为m2xtx或m2x，m代表过渡金属元素；x代表碳和氮，t代表官能团，所述t包括：cl、br、i中的至少一种；0＜x≤2。

10、在一些实施例中，上述mxene材料的化学式中的m选自ti、v、cr、y、sc、zr、nb、mo、hf、ta、w元素中的一种或多种。

11、本发明第二方面提供一种如上述的制备方法得到的mxene材料。

12、本发明第二方面提供一种上述的mxene材料在能源、催化、吸附分离、传感探测、电磁屏蔽、生物医用、气体存储、吸波材料、耐腐蚀材料、或超导材料的应用。

13、与现有技术相比，本发明的反应体系中，反应物除了过渡金属的单质和/或氧化物外均为气态产物，无需前驱体max相刻蚀步骤，直接气相合成得到了碳氮mxene材料，无需合成碳氮max相以及刻蚀、清洗等繁杂的步骤，简化了碳氮mxene材料的生产工艺。本发明的方法可在开放体系下实施，避免了封管步骤，使得制备过程更简易；加热反应温度更低，能耗更小；使用原料更易于获取；具有工业化放大前景。

技术特征：

1.一种气相法生长碳氮mxene材料的方法，其特征在于，步骤包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过渡金属选自：ti、v、cr、y、sc、zr、nb、mo、hf、ta、w元素中的一种或多种；

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述反应温度介于650至1500℃；优选地，介于650至900℃；

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括纯化步骤；更具体地，所述纯化步骤包括：将反应后得到的固态产物加入非水溶剂中分散，并通过沉淀或离心分离。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述非水溶剂选自碳酸丙烯酯、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮、乙腈、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基甲酰胺、异丙醇中的一种或多种。

6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述mxene材料的化学式为m2xtx或m2x，m代表过渡金属元素；x代表碳和氮，t代表官能团，所述t包括：cl、br、i中的至少一种；0＜x≤2；

7.一种如权利要求1至6中任一项所述的方法制备得到的mxene材料。

8.一种如权利要求7所述的mxene材料在能源、催化、吸附分离、传感探测、电磁屏蔽、生物医用、气体存储、吸波材料、耐腐蚀材料、或超导材料的应用。

技术总结
本发明公开了一种气相法生长碳氮MXene材料的方法和用途，该方法的步骤包括：将过渡金属的单质和/或氧化物、氮化碳、和卤化氢气体和/或卤素单质气体，加热至反应温度后保温预定时间冷却，得到MXene材料，所述MXene材料含有碳和氮元素。本发明的反应体系中，反应物除了过渡金属的单质和/或氧化物外均为气态产物，无需前驱体MAX相刻蚀步骤，直接气相合成得到了碳氮MXene材料，无需合成碳氮MAX相以及刻蚀、清洗等繁杂的步骤，简化了碳氮MXene材料的生产工艺。

技术研发人员：杨运洋
受保护的技术使用者：济南三川新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10