一种二氧化钛/二维层状碳化钛复合材料的低温制备法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米功能材料制备技术领域，特别涉及一种二氧化钛/ 二维层状碳化钛复合材料的低温制备法。
【背景技术】
[0002]三元层状陶瓷材料Ti3AlCjP石墨结构上有着相似之处。紧密堆积的过渡金属原子Ti的八面体层被一平面层Al原子分隔，且每三层就有一 Al原子层，Ti八面体中心为碳原子，Ti与C原子之间形成八面体，C原子位于八面体的中心，Ti原子和C原子之间为强共价键结合，使得材料具有高弹性模量；而Ti原子和Al族平面之间为弱结合，与石墨层间范得华力的弱键结合相似，使得材料具有层状结构和自润滑性。
[0003]Ti3AlC2是一种特殊的金属与陶瓷之间的复合物，同时兼具有金属和陶瓷的优良性能。这类化合物既具有金属性能，在常温下，有很好的导热性能和导电性能，有较低的维氏显微硬度和较高的弹性模量和剪切模量，可以进行机械加工，并在较高温度下具有塑性；同时又具有陶瓷的性能，有较高的屈服强度，高熔点，高热稳定性和良好的抗氧化性。
[0004]二维层状纳米碳化物是一种类石墨烯结构的材料，超薄二维纳米片由于其独特的形貌结构、较小的颗粒尺寸、较大的表面体积比和原子级的层片厚度而具有超强的催化性能、光伏性能和电化学性能，在功能陶瓷、光催化、锂离子电池、太阳能电池、生物传感器等方面得到了广泛的应用。
[0005]纳米二氧化钛具有十分宝贵的光学性质，在汽车工业及诸多领域都显示出美好的发展前景。纳米二氧化钛具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性等，被广泛应用于抗紫外材料、光催化触媒、锂电池等中。
[0006]周等人制备石墨烯基二氧化钛纳米复合材料并研宄了其光催化活性，实验结果表明，石墨烯基二氧化钛的光催化活性明显增强；Michael Naguib等人采用水热和快速氧化等方法制备出了 Ti02/graphite纳米复合材料，并表明其在锂离子电池、光催化等方面的性能都优于单一的二维纳米MXene-Ti3C2。
[0007]因此，锐钛矿型二氧化钛/ 二维层状纳米碳化钛(MXene-Ti3C2)复合材料，将有望在光催化、废水处理、锂离子电池、超级电容器、生物传感器等领域有很好的应用。
【发明内容】
[0008]为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种二氧化钛/ 二维层状碳化钛复合材料的低温制备法，将11#1(:2在HF酸中进行化学刻蚀，使Al被选择性刻蚀掉，形成一种二维层状材料MXene-Ti3C2，然后低温氧化处理，在二维层状材料MXene-Ti3C2上负载T12,使层状材料的比表面积增大，并且使材料具有光催化降解、亲生物性，形貌多样等特性，因此，Ti02/MXene_Ti3C2纳米复合材料的性能更优于单一的MXene-Ti 3C2，其应用将更加广泛。
[0009]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0010]一种二氧化钛/ 二维层状碳化钛复合材料的低温制备法，包括下述步骤:
[0011]步骤一，细化粉体
[0012]利用高能球磨细化纯度大于97%的三元层状11#1(:2陶瓷粉体，球磨条件:球石，混料及球磨介质的质量比为10:1: 1，球磨介质为无水乙醇，球磨转速为400r/min，高能球磨时间为Ih?4h，然后将所得固液混料在40°C?60°C下烘干，得到粒径在8 μπι-75 μπι的Ti3AlC_瓷粉体；
[0013]步骤二，二维层状纳米材料MXene-Ti3C2的制备
[0014]将步骤一中所得11#1(:2陶瓷粉体浸没在HF酸溶液中，其中2g?1gTi 3A1C2粉体浸没在50mL?200mL质量浓度35wt%? 45wt% HF酸溶液中反应6h?120h ;磁力搅拌，对三元层状Ti3AlC2粉体进行腐蚀处理后，用去离子水离心清洗至pH为5?6，将所得固体样品室温干燥，得到二维层状纳米材料MXene-Ti3C2;
[0015]步骤三，低温氧化
[0016]将步骤二所得MXene-Ti3C2放置在烘箱中鼓风干燥处理，50°C?100°C，保温24h?120h，即得Ti02/MXene_Ti3C2纳米复合材料，其T12粒径范围约为lOOnm，MXene-Ti 3C2层片厚度约为50nmo
[0017]本发明的有益效果:在水溶液中腐蚀处理后，室温干燥去除MXene-Ti3C2最外层的吸附水，而MXene-Ti3C2夹层间还储存有大量物理吸附水分子和水溶液中的氧分子，低温鼓风处理，提高粉体表面自由能，使表面Ti终端发生氧化反应，从而得到T12,负载T12到二维层状材料MXene-Ti3C2上，复合材料其比表面积更大，并且具有T1 2的一些特性，比如光催化降解、亲生物性，形貌多样等，因此Ti02/MXene-Ti3C2纳米复合材料的性能更优于单一的MXene-Ti3C2,其应用将更加广泛。为进一步在超级电容器，锂离子电池，生物传感器，纳米吸附剂等领域的应用，做好了前驱物的制备工作。
【附图说明】
[0018]图1为11#1(:2粉体腐蚀处理前，腐蚀处理后，及腐蚀产物氧化的XRD图谱。
[0019]图2为11#1(:2粉体的腐蚀产物MXene-Ti 3C2在烘箱低温80°C鼓风烘干48h后的样品SEM图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图与实施例对本发明做进一步详细说明。
[0021]实施例1
[0022]步骤一，细化粉体
[0023]利用高能球磨细化纯度大于97%的三元层状11#1(:2陶瓷粉体，球磨条件:球石，混料及球磨介质的质量比为10:1: 1，球磨介质为无水乙醇，球磨转速为400r/min，高能球磨时间为4h，然后将所得固液混料在50°C下烘干，得到粒径约为8 μ m的11#1(:2陶瓷粉体；见图1，图1中XRD图谱说明了所得粉体的物相是Ti3AlC2晶体，且杂质含量极少。
[0024]步骤二，二维层状纳米材料MXene-Ti3C2的制备
[0025]将步骤一中所得11#1(:2陶瓷粉体浸没在HF酸溶液中，其中5gTi 3A1C2粉体浸没在10mL质量浓度40wt% HF酸溶液中反应48h ;磁力搅拌，对三元层状Ti3AlC2粉体进行腐蚀处理后，用去离子水离心清洗至pH为5?6，将所得固体样品室温干燥，得到二维层状纳米材料MXene-Ti3C2;见图1，其中XRD图谱表明了 Ti 3AlCji射峰的变化，与理论计算的XRD衍射图谱对比，成功地得到MXene-Ti3C2粉体物相。
[0026]步骤三，低温氧化
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