本发明属于无机复合材料制备领域，具体涉及一种mxene/ceo2复合材料的制备方法。
背景技术：
二维金属碳化物或氮化物材料(mxene)作为一种类石墨烯结构的二维片层材料，具有高比表面积、良好的导电性和亲水性，因此可以作为载体来制备纳米粒子与mxene的复合材料，改善纳米粒子的团聚现象。mxene可以和负载的纳米粒子形成互补协同作用，更大程度地提高材料在储能、储氢、催化、吸附、传感等领域的应用性能。
二氧化铈(ceo2)是一种稀土金属氧化物，具有独特的储放氧功能及高温快速氧空位扩散能力，被广泛应用于多相催化反应中。
中国专利105536833a公开了水热法制备二氧化铈/二维层状碳化钛复合材料，将硝酸铈、mxene材料和三聚磷酸钠溶于纯水中，搅拌均匀，水热反应24h，将产物离心、洗涤、干燥，得到mxene/ceo2复合材料。中国专利105536834a公开了沉淀法制备二氧化铈/二维层状碳化钛复合材料，将mxene分散在纯水中，再加入硝酸铈搅拌均匀，滴加氨水并搅拌，最后将产物离心、洗涤、干燥得到mxene/ceo2复合材料。上述mxene/ceo2复合材料的制备方法工艺步骤繁多，耗时长，生产效率低。此外，水热法容易造成mxene材料的氧化，影响材料的性能。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种mxene/ceo2复合材料的制备方法，该方法采用一步煅烧法制备mxene/ceo2复合材料。
实现本发明目的的技术方案为：
mxene/ceo2复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将碳钛化铝(ti3alc2)材料置于氢氟酸溶液中，搅拌刻蚀，经洗涤、离心、冷冻干燥后，得到二维层状材料碳化钛(ti3c2-mxene)；
步骤2，将ti3c2-mxene超声分散在无水乙醇中，加入氧化铈(ceo2)，超声分散，待乙醇挥发完全，干燥；
步骤3，将步骤2中制备的混合物在氩气气氛下，在200～400℃煅烧，煅烧结束后，研磨，得到mxene/ceo2复合材料，其中，ceo2与mxene的质量比为30:70～50:50。
优选地，步骤1中，所述的氢氟酸溶液的浓度为40wt％。
优选地，步骤1中，所述的刻蚀时间为18h，刻蚀温度为60℃，冷冻干燥时间为24h。
优选地，步骤2中，所述的干燥时间为20～40min。
优选地，步骤3中，所述的煅烧温度为300℃。
优选地，步骤3中，所述的煅烧时间为1～2h。
优选地，步骤3中，所述的煅烧时的升温速率为10℃/min。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明采用一步煅烧法，制备工艺简单，耗时少，降低了生产成本，适合大量制造。
(2)制备过程中只需少量乙醇用于分散，无洗涤等操作，降低了溶剂消耗。
(3)本发明方法制备的mxene/ceo2复合材料，纳米ceo2粒子有效负载在mxene材料表面，改善了纳米粒子的团聚现象，增大了材料的比表面积。
附图说明
图1为mxene前体max、mxene材料、实施例2制备的mxene/ceo2(50:50)复合材料的扫描电子显微镜图片。其中，图1a为前体max的扫描电镜图；图1b为mxene的扫描电镜图；图1c为mxene/ceo2(50:50)复合材料的扫描电镜图。
图2为ceo2、mxene材料、实施例1～2以及对比例1～3制备的不同配比的mxene/ceo2复合材料的xrd曲线。
图3为实施例7～10的高氯酸铵的热分解曲线。
图4为实施例11的高氯酸铵的热分解曲线。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作出进一步阐述和说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：制备mxene/ceo2(70:30)复合材料
(1)将2g的ti3alc2max材料置于40wt％的氢氟酸溶液中，于60℃下搅拌刻蚀18h，搅拌结束后洗涤、离心、冷冻干燥24h，得到黑色粉末mxene材料；
(2)称取0.2g步骤(1)制备的mxene置于研钵中，加入少量无水乙醇，超声分散10min，称取0.086gceo2置于上述分散液中，超声分散10min，待乙醇挥发完全，置于烘箱中干燥20min；
(3)将步骤(2)中制备的混合物置于管式炉中，在氩气气氛下，以10℃/min的升温速率升温至300℃，煅烧1h，煅烧结束后，将样品进行研磨，即得到mxene/ceo2复合材料。
实施例2：制备mxene/ceo2(50:50)复合材料
(1)将2g的ti3alc2max材料置于40wt％的氢氟酸溶液中，于60℃下搅拌刻蚀18h，搅拌结束后洗涤、离心、冷冻干燥24h，得到黑色粉末mxene材料；
(2)称取0.2g步骤(1)制备的mxene置于研钵中，加入少量无水乙醇，超声分散10min，称取0.2gceo2置于上述分散液中，超声分散10min，待乙醇挥发完全，置于烘箱中干燥20min；
(3)将步骤(2)中制备的混合物置于管式炉中，在氩气气氛下，以10℃/min的升温速率升温至300℃，煅烧1h，煅烧结束后，将样品进行研磨，即得到mxene/ceo2复合材料。
对比例1：制备mxene/ceo2(95:5)复合材料
(1)将2g的ti3alc2max材料置于40wt％的氢氟酸溶液中，于60℃下搅拌刻蚀18h，搅拌结束后洗涤、离心、冷冻干燥24h，得到黑色粉末mxene材料；
(2)称取0.2g步骤(1)制备的mxene置于研钵中，加入少量无水乙醇，超声分散10min，称取0.011gceo2置于上述分散液中，超声分散10min，待乙醇挥发完全，置于烘箱中干燥20min；
(3)将步骤(2)中制备的混合物置于管式炉中，在氩气气氛下，以10℃/min的升温速率升温至300℃，煅烧1h，煅烧结束后，将样品进行研磨，即得到mxene/ceo2复合材料。
对比例2：制备mxene/ceo2(90:10)复合材料
(1)将2g的ti3alc2max材料置于40wt％的氢氟酸溶液中，于60℃下搅拌刻蚀18h，搅拌结束后洗涤、离心、冷冻干燥24h，得到黑色粉末mxene材料；
(2)称取0.2g步骤(1)制备的mxene置于研钵中，加入少量无水乙醇，超声分散10min，称取0.022gceo2置于上述分散液中，超声分散10min，待乙醇挥发完全，置于烘箱中干燥20min；
(3)将步骤(2)中制备的混合物置于管式炉中，在氩气气氛下，以10℃/min的升温速率升温至300℃，煅烧1h，煅烧结束后，将样品进行研磨，即得到mxene/ceo2复合材料。
对比例3：制备mxene/ceo2(80:20)复合材料
(1)将2g的ti3alc2max材料置于40wt％的氢氟酸溶液中，于60℃下搅拌刻蚀18h，搅拌结束后洗涤、离心、冷冻干燥24h，得到黑色粉末mxene材料；
(2)称取0.2g步骤(1)制备的mxene置于研钵中，加入少量无水乙醇，超声分散10min，称取0.05gceo2置于上述分散液中，超声分散10min，待乙醇挥发完全，置于烘箱中干燥20min；
(3)将步骤(2)中制备的混合物置于管式炉中，在氩气气氛下，以10℃/min的升温速率升温至300℃，煅烧1h，煅烧结束后，将样品进行研磨，即得到mxene/ceo2复合材料。
实施例3：制备mxene/ceo2(50:50)复合材料
(1)将2g的ti3alc2max材料置于40wt％的氢氟酸溶液中，于60℃下搅拌刻蚀18h，搅拌结束后洗涤、离心、冷冻干燥24h，得到黑色粉末mxene材料；
(2)称取0.2g步骤(1)制备的mxene置于研钵中，加入少量无水乙醇，超声分散10min，称取0.2gceo2置于上述分散液中，超声分散10min，待乙醇挥发完全，置于烘箱中干燥20min；
(3)将步骤(2)中制备的混合物置于管式炉中，在氩气气氛下，以10℃/min的升温速率升温至200℃，煅烧1h，煅烧结束后，将样品进行研磨，即得到mxene/ceo2复合材料。
实施例4：制备mxene/ceo2(50:50)复合材料
(1)将2g的ti3alc2max材料置于40wt％的氢氟酸溶液中，于60℃下搅拌刻蚀18h，搅拌结束后洗涤、离心、冷冻干燥24h，得到黑色粉末mxene材料；
(2)称取0.2g步骤(1)制备的mxene置于研钵中，加入少量无水乙醇，超声分散10min，称取0.2gceo2置于上述分散液中，超声分散10min，待乙醇挥发完全，置于烘箱中干燥20min；
(3)将步骤(2)中制备的混合物置于管式炉中，在氩气气氛下，以10℃/min的升温速率升温至250℃，煅烧1h，煅烧结束后，将样品进行研磨，即得到mxene/ceo2复合材料。
实施例5：制备mxene/ceo2(50:50)复合材料
(1)将2g的ti3alc2max材料置于40wt％的氢氟酸溶液中，于60℃下搅拌刻蚀18h，搅拌结束后洗涤、离心、冷冻干燥24h，得到黑色粉末mxene材料；
(2)称取0.2g步骤(1)制备的mxene置于研钵中，加入少量无水乙醇，超声分散10min，称取0.2gceo2置于上述分散液中，超声分散10min，待乙醇挥发完全，置于烘箱中干燥20min；
(3)将步骤(2)中制备的混合物置于管式炉中，在氩气气氛下，以10℃/min的升温速率升温至350℃，煅烧1h，煅烧结束后，将样品进行研磨，即得到mxene/ceo2复合材料。
实施例6：制备mxene/ceo2(50:50)复合材料
(1)将2g的ti3alc2max材料置于40wt％的氢氟酸溶液中，于60℃下搅拌刻蚀18h，搅拌结束后洗涤、离心、冷冻干燥24h，得到黑色粉末mxene材料；
(2)称取0.2g步骤(1)制备的mxene置于研钵中，加入少量无水乙醇，超声分散10min，称取0.2gceo2置于上述分散液中，超声分散10min，待乙醇挥发完全，置于烘箱中干燥20min；
(3)将步骤(2)中制备的混合物置于管式炉中，在氩气气氛下，以10℃/min的升温速率升温至400℃，煅烧1h，煅烧结束后，将样品进行研磨，即得到mxene/ceo2复合材料。
实施例7：高氯酸铵(ap)的热分解
取高氯酸铵(ap)4mg测试tg-dsc，测试条件：氮气气氛，流量：20ml/min，升温速率10℃/min，温度范围：100-500℃。测试结果见图3，dsc曲线表明，ap的高温分解温度为437.4℃。
实施例8：mxene催化高氯酸铵(ap)热分解
取mxene材料0.01g置于含有乙醇溶液的玛瑙研钵中，超声，搅拌10min，接着将0.49g高氯酸铵(ap)加入上述分散液中，继续超声10min，并不断搅拌均匀，干燥后取样4mg左右测试tg-dsc，测试条件：氮气气氛，流量：20ml/min，升温速率10℃/min，温度范围：100-500℃。测试结果见图3，dsc曲线表明，加入mxene后，ap的高温分解温度为423.1℃。
实施例9：ceo2催化高氯酸铵(ap)热分解
取ceo2材料0.01g置于含有乙醇溶液的玛瑙研钵中，超声，搅拌10min，接着将0.49g高氯酸铵(ap)加入上述分散液中，继续超声10min，并不断搅拌均匀，干燥后取样4mg左右测试tg-dsc，测试条件：氮气气氛，流量：20ml/min，升温速率10℃/min，温度范围：100-500℃。测试结果见图3，dsc曲线表明，加入ceo2后，ap的高温分解温度为418.2℃。
实施例10：mxene/ceo2催化高氯酸铵(ap)热分解
取实施例1～2和对比例1～3制备的mxene/ceo2材料0.01g置于含有乙醇溶液的玛瑙研钵中，超声，搅拌10min，接着将0.49g高氯酸铵(ap)加入上述分散液中，继续超声10min，并不断搅拌均匀，干燥后取样4mg左右测试tg-dsc，测试条件：氮气气氛，流量：20ml/min，升温速率10℃/min，温度范围：100-500℃。测试结果见图3。
实施例11：mxene/ceo2催化高氯酸铵(ap)热分解的应用
取实施例3～6制备的mxene/ceo2材料0.01g置于含有乙醇溶液的玛瑙研钵中，超声，搅拌10min，接着将0.49g高氯酸铵(ap)加入上述分散液中，继续超声10min，并不断搅拌均匀，干燥后取样4mg左右测试tg-dsc，测试条件：氮气气氛，流量：20ml/min，升温速率10℃/min，温度范围：100-500℃。测试结果见图4。
图1为mxene的前体ti3alc2max材料(a)、mxene材料(b)以及实施例2制备的mxene/ceo2(50:50)复合材料(c)的扫描电子显微镜图片。可以看到max典型的块状结构，以及mxene典型的手风琴状结构，在mxene/ceo2(50:50)复合材料中，球状ceo2均匀分散在mxene表面，粒度较大。
图2为ceo2、mxene材料、实施例1～2以及对比例1～3制备的不同配比的mxene/ceo2复合材料的xrd曲线。在mxene/ceo2复合材料中，随着ceo2含量的增加，其特征峰逐渐增强，并且逐渐掩盖mxene的特征峰。
图3为实施例7～10的高氯酸铵的热分解曲线，mxene/ceo2(70:30)复合材料催化ap热分解的效果与纯ceo2相当，mxene/ceo2(50:50)复合材料催化效果最好，高温分解温度为401.1℃，优于mxene材料和ceo2。对比例1～3所制备的mxene/ceo2复合材料的催化效果均不如ceo2。
图4为实施例11的高氯酸铵的热分解曲线，并与加入了实施例2制备样品的高氯酸铵的热分解曲线进行比较，dsc曲线表明，300℃煅烧制备的mxene/ceo2(50:50)复合材料催化ap效果最好，高温分解温度为401.1℃。