二维过渡族金属碳（氮）化物与纳米硫颗粒复合材料及其制备和应用的制作方法

本发明属于纳米复合材料技术领域，具体涉及一种二维过渡族金属碳(氮)化物与纳米硫颗粒复合材料及其制备和应用。

背景技术：

锂硫(Li-S)电池是一类极具发展前景的新型高容量储能体系，具有理论能量密度高、低成本、绿色环保等突出优点，其理论比容量高达1675mAh g^-1，构成的锂二次电池体系理论比能量密度可达2600Wh kg^-1，是目前商业化锂离子电池的7倍，在新能源汽车用动力电池等新兴技术领域显示出广阔的应用前景。但是其正极活性物质硫导电性差、充放电过程体积变化大，以及过程中形成的多硫化锂易脱出并溶于电解液中引起“穿梭效应”等问题亟需解决。

针对以上问题，科技人员对锂硫电池正极材料进行了大量的探索研究，采用碳、导电聚合物以及金属氧化物等作为硫正极载体，从而构成复合正极。MXene是一种新型的二维过渡族金属碳(氮)化物，其化学通式为M_n+1X_nT_x(M是早期过渡族金属元素，X是碳或/和氮元素，n＝1、2或3，T代表-F、-O及-OH等表面官能团，单层M_n+1X_n纳米片由n层X原子和n+1层M原子交替堆垛而成，M原子层位于最外层)。它是从三元层状化合物MAX相(化学式为M_n+1AX_n，其中M、X、n的含义与M_n+1X_nT_x中的一样，A为Ⅲ、Ⅳ主族元素)中选择性腐蚀出A层原子所得的一类新型类石墨烯二维晶体。目前已制备出来的MXene有Ti₃C₂T_x、Ti₂CT_x、(Ti_0.5,Nb_0.5)₂CT_x、(V_0.5,Cr_0.5)₃C₂T_x、Ti₃CNT_x、Ta₄C₃T_x、V₂CT_x、Nb₂CT_x、Nb₄C₃T_x、(Nb_0.8,Ti_0.2)₄C₃T_x、(Nb_0.8,Zr_0.2)₄C₃T_x、Mo₂TiC₂T_x、Mo₂Ti₂C₃T_x、Mo₂CT_x、Cr₂TiC₂T_x、Zr₃C₂T_x、Ti₄N₃T_x[Anasori B,Xie Y,Beidaghi M,et al.Two-Dimensional,Ordered,Double Transition Metals Carbides(MXenes),ACS Nano,2015,9(10):9507-9516.Zhou J,Zha X-H,Chen F-Y,et al.A Two-Dimensional Zirconium Carbide by Selective Etching of Al₃C₃ from Nanolaminated Zr₃Al₃C₅,Angew Chem Int Edit,2016,55(16):5008-5013.]。Ti₃C₂T_x是目前研究最多的MXene。MXene具有独特的二维形貌、较大的比较面积以及良好的导电及机械性能，因此在能量储存、催化、复合材料、环境治理等领域具有广阔的应用前景[Naguib M,Mochalin V N,Barsoum M W,et al.25th Anniversary Article:MXenes:A New Family of Two-Dimensional Materials,Advanced Materials,2014,26(7):992–1005.]，尤其是作为电化学能量储存器件如超级电容器及锂离子电池的电极材料已表现出出色的性能[Naguib M,Halim J,Lu J,et al.New Two-Dimensional Niobium and Vanadium Carbides as Promising Materials for Li-Ion Batteries,Journal of the American Chemical Society,2013,135(43):15966–15969.Lukatskaya M R,Mashtalir O,Ren C E,et al.Cation Intercalation and High Volumetric Capacitance of Two-dimensional Titanium Carbide,Science,2013,341(6153):1502-1505.]。此外，MXene纳米片外表面为过渡族金属原子层，且其表面具有类似于氧化石墨烯的表面化学环境，因此是Li-S电池的一种新型的正极硫活性物质载体材料。目前广泛采用氢氟酸选择性腐蚀出A原子层，然后经过插层、剥离等一系列工序制备得到MXene悬浮液[Naguib,M.et al.Two-dimensional nanocrystals produced by exfoliation of Ti₃AlC₂.Adv.Mater,2011,23:4248–4253.]。

技术实现要素：

本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供了一种二维过渡族金属碳(氮)化物与纳米硫颗粒复合材料；本发明的另一目的是提供上述材料的制备方法，其工艺简单，能满足规模生产的要求；本发明还有个目的是提供上述材料的用途。

本发明的技术方案为：一种二维过渡族金属碳(氮)化物与纳米硫颗粒复合材料，其特征在于：该复合材料由新型二维过渡族金属碳(氮)化物MXene纳米片与纳米硫颗粒构成，为还原生成的纳米硫颗粒原位生长在二维过渡族金属碳(氮)化物MXene纳米片表面，分散均匀，表示为S@MXene。

优选上述纳米硫颗粒尺寸为20～500nm，硫在S@MXene中的质量含量为10～80wt％。

优选上述的二维过渡族金属碳(氮)化物MXene为：Ti₃C₂T_x、Ti₂CT_x、Ti₃CNT_x、(Ti_0.5,Nb_0.5)₂CT_x、(V_0.5,Cr_0.5)₃C₂T_x、Ta₄C₃T_x、V₂CT_x、Nb₂CT_x、Nb₄C₃T_x、(Nb_0.8,Ti_0.2)₄C₃T_x、(Nb_0.8,Zr_0.2)₄C₃T_x、Mo₂TiC₂T_x、Mo₂Ti₂C₃T_x、Mo₂CT_x、Cr₂TiC₂T_x、Zr₃C₂T_x或Ti₄N₃T_x。

本发明还提供了上述的二维过渡族金属碳(氮)化物与纳米硫颗粒复合材料的制备方法，其具体步骤如下：

1)将多硫化钠或硫代硫酸钠溶液与二维过渡族金属碳(氮)化物MXene纳米片悬浮液混合，得混合悬浮液；

2)在磁力搅拌的同时将甲酸溶液缓慢滴加到步骤1)制得的混合悬浮液中；

3)完全反应后采用氨水中和至悬浮液pH＝6.5～7.3后离心；

4)将离心得到的沉淀物用去离子水洗涤、离心得到二维过渡族金属碳(氮)化物与纳米硫颗粒复合材料。

优选上述的二维过渡族金属碳(氮)化物MXene纳米片悬浮液由以下方法制备得到，其具体步骤为：将LiF溶解在盐酸中，然后将三元层状化合物MAX粉缓慢加入上述溶液中，在30～40℃下搅拌反应，反应产物采用乙醇洗涤离心至上层清夜pH值为6.2～6.5，将干燥后的固体样品加入去离子水中，在流动氩气保护下超声剥离，然后离心得到少层或单层的二维过渡族金属碳(氮)化物MXene纳米片悬浮液；悬浮液浓度为0.2～1.5mg/ml。

优选上述再30～40℃下搅拌反应的搅拌速率为200-500rpm，搅拌时间为6～24h；所述的超声剥离的超声频率为40-100kHz，超声剥离的时间为0.5～1.5h；超声剥离后离心的转速为2500～4000rpm，离心时间为0.5～1.5h。

优选上述的硫代硫酸钠或多硫化钠溶液浓度为0.2～1mol/L；甲酸浓度为1～3mol/L，甲酸的滴加速率为0.1～0.3ml/秒，直到溶液全部转变为乳白色后，继续滴加至pH为6～6.8，然后用氨水中和；所用氨水浓度为0.2～1mol/L。

本发明还提供了上述的一种二维过渡族金属碳(氮)化物与纳米硫颗粒复合材料在锂硫电池正极中的应用。

所述的一种二维过渡族金属碳(氮)化物与纳米硫颗粒复合材料用于Li-S电池正极，可以按照传统工艺向干燥的二维过渡族金属碳(氮)化物与纳米硫颗粒复合材料中加入导电剂和粘结剂和膏，然后涂布在铝箔上，也可以将浆料状二维过渡族金属碳(氮)化物与纳米硫颗粒复合材料直接涂布在铝箔上或将其悬浮液抽滤在PP电池隔膜上制成正极。作为优选的实施方案之一，具体为将离心得到的浆料状二维过渡族金属碳(氮)化物与纳米硫颗粒复合材料直接涂布在铝箔集流体上(涂层厚度为10～40μm)，或将洗涤后的二维过渡族金属碳(氮)化物与纳米硫颗粒复合材料悬浮液抽滤在PP电池隔膜上得到复合正极/隔膜一体结构(正极厚度为20～50μm)，真空干燥12-24h，即可装配扣式2032锂硫电池。

有益效果：

1.本发明采用将多硫化钠或硫代硫酸钠溶液与二维过渡族金属碳(氮)化物MXene纳米片悬浮液混匀后，滴加甲酸还原剂，还原生成的纳米硫颗粒原位生长在二维过渡族金属碳(氮)化物MXene表面。制备的二维过渡族金属碳(氮)化物与纳米硫颗粒复合材料中纳米硫颗粒与二维过渡族金属碳(氮)化物MXene纳米片复合、分散均匀，结合牢固，接触面积大，且整个制备工艺简单，有利于充分发挥二维过渡族金属碳(氮)化物MXene纳米片的固硫效果。

2.本发明二维过渡族金属碳(氮)化物与纳米硫颗粒复合材料用作Li-S电池正极，以具有优异的导电性、较大比较面积和独特的表面化学环境的二维过渡族金属碳(氮)化物MXene作为硫活性物质的载体，可以提高硫正极的导电性并起到独特的固硫效果，有效抑制多硫化锂“穿梭效应”问题，提高电池的循环性能和硫活性物质的利用率。

3.本发明将浆料状二维过渡族金属碳(氮)化物与纳米硫颗粒复合材料直接涂布在铝箔集流体上，或将其悬浮液抽滤在PP电池隔膜上制成正极，可避免粘结剂和导电剂的引入，进一步降低电池的内阻，同时工艺简单，易与现有锂硫电池生产工艺和设备兼容。

附图说明

图1是实施例1所制备的二维过渡族金属碳化物Ti₃C₂及硫含量为70wt.％的二维过渡族金属碳化物Ti₃C₂与纳米硫颗粒复合材料的XRD图谱；

图2是实施例1制备的硫含量为70wt.％的二维过渡族金属碳化物Ti₃C₂与纳米硫颗粒复合材料的扫描电镜图；

图3是实施例2制备的硫含量为70wt.％的二维过渡族金属碳化物Ti₃C₂与纳米硫颗粒复合材料的扫描电镜图；

图4是实施例5制备的硫含量为70wt.％的二维过渡族金属碳化物Ti₃CN与纳米硫颗粒复合材料的扫描电镜图；

图5是实施例1制备的硫含量70wt.％的二维过渡族金属碳化物Ti₃C₂与纳米硫颗粒复合材料作为锂硫电池正极在0.5C倍率下的首次充放电曲线；

图6是本发明实施例1、2中二维过渡族金属碳化物Ti₃C₂与纳米硫颗粒复合材料作为锂硫电池正极在0.5C倍率下100次循环稳定性测试。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。需要说明的是，以下所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进润饰等，均应包含在本发明的保护范围之内。实施例1

(1)二维过渡族金属碳化物Ti₃C₂纳米片悬浮液的制备：将10mL浓度为6M的稀HCl和0.666g LiF加入到塑料瓶中，在磁力搅拌下缓慢加入1g过400目筛的三元层状碳化物Ti₃AlC₂粉，并于35℃下250r.p.m转速下磁力搅拌22h，反应结束后将产物用乙醇洗涤离心至上层清夜pH值为6.2，将沉淀室温下干燥后取0.1g加入到50mL去离子水中，在流动氩气保护下，40kHz的超声频率下超声剥离1h，随后在3500r.p.m的转速下离心1h得到少层或单层二维过渡族金属碳化物Ti₃C₂纳米片的稳定悬浮液，悬浮液浓度为0.6mg/ml。

(2)二维过渡族金属碳化物Ti₃C₂与纳米硫颗粒复合材料的制备：将11mL 0.2mol L^-1多硫化钠溶液与100mL Ti₃C₂T_x纳米片悬浮液混合，在磁力搅拌器上以250r/min搅拌10min；将2mol L^-1甲酸溶液以速率为0.1ml/s滴加到上述的混合溶液中，直到溶液全部转变为乳白色后，继续滴加甲酸至pH＝6.5，反应生成的纳米硫颗粒生长在Ti₃C₂T_x纳米片表面。用0.5mol L^-1氨水中和至悬浮液pH＝7后离心，所得沉淀再次用去离子水洗涤、离心得到硫含量为70wt.％的粘土状二维过渡族金属碳化物Ti₃C₂与纳米硫颗粒复合材料(附图1、图2)，硫颗粒尺寸在20到150纳米，以下实施例的复合材料的XRD图与实施例1基本一致。

(3)电化学性能测试：将粘土状二维过渡族金属碳化物Ti₃C₂与纳米硫颗粒复合材料用涂布机均匀涂布在铝箔集流体上(涂层厚度为17μm)，真空干燥24h，然后压实、裁片作为正极；以锂片为负极，采用Celgard隔膜，电解液选用浓度为1mol L^-1LiTFSI/DOL-DME(体积比1:1)，并且添加0.1mol L^-1的LiNO₃，组装成扣式锂硫电池。在0.5C倍率下进行恒流充放电，首次放电容量为1035mAh g^-1(附图4)，100次循环后放电容量为907mAh g^-1。

实施例2

(1)二维过渡族金属碳化物Ti₃C₂纳米片悬浮液的制备：将10mL浓度为6M的稀HCl和0.666g LiF加入到塑料瓶中，在磁力搅拌下缓慢加入1g过400目筛的三元层状碳化物Ti₃AlC₂粉，并于30℃250r.p.m转速下磁力下搅拌15h，反应结束后将产物用乙醇洗涤离心至上层清夜pH值为6.3，将沉淀室温下干燥后取0.2g加入到150mL去离子水中，在流动氩气保护下，40kHz的超声频率下超声剥离1h，随后在3500r.p.m的转速下离心1h得到少层或单层二维过渡族金属碳化物Ti₃C₂纳米片的稳定悬浮液，悬浮液浓度为0.2mg/ml。

(2)二维过渡族金属碳化物Ti₃C₂与纳米硫颗粒复合材料的制备：将3.6mL 0.8mol L^-1硫代硫酸钠溶液与200mL Ti₃C₂T_x纳米片悬浮液混合，在磁力搅拌器上以250r/min搅拌10min；将2mol L^-1甲酸溶液以速率为0.2ml/s滴加到上述的混合溶液中，直到溶液全部转变为乳白色后，继续滴加甲酸至pH＝6.5，反应生成的纳米硫颗粒生长在Ti₃C₂T_x纳米片表面。用0.2mol L^-1氨水中和至悬浮液pH＝7.1后离心，所得沉淀再次用去离子水洗涤得到硫含量为70wt.％的二维过渡族金属碳化物Ti₃C₂与纳米硫颗粒复合材料的悬浮液，纳米硫尺寸为50～500nm。

(3)电化学性能测试：将二维过渡族金属碳化物Ti₃C₂与纳米硫颗粒复合材料悬浮液在pp电池隔膜上抽滤得到复合正极/隔膜一体结构(附图3)，复合正极厚度为45μm，真空干燥24h后裁片作为正极，以锂片为负极，采用Celgard隔膜，电解液选用浓度为1molL^-1LiTFSI/DOL-DME(体积比1:1)，并且添加0.1mol L^-1的LiNO₃，组装成扣式锂硫电池。在0.5C倍率下进行恒流充放电，首次放电容量为1005mAh g^-1，100次循环后放电容量为621mAh g^-1。

实施例3

(1)二维过渡族金属碳化物Ti₃C₂纳米片悬浮液的制备：将10mL浓度为6M的稀HCl和0.666g LiF加入到塑料瓶中，在磁力搅拌下缓慢加入1g过400目筛的三元层状碳化物Ti₃AlC₂粉，并于35℃300r.p.m转速下磁力下搅拌24h，反应结束后将产物用乙醇洗涤离心至上层清夜pH值为6.2，将沉淀室温下干燥后取0.3g加入到50mL去离子水中，在流动氩气保护下，80kHz的超声频率下超声剥离1h，随后在3000r.p.m的转速下离心1h得到少层或单层二维过渡族金属碳化物Ti₃C₂纳米片的稳定悬浮液，悬浮液浓度为1.1mg/ml。

(2)二维过渡族金属碳化物Ti₃C₂与纳米硫颗粒复合材料的制备：将8.6mL 0.4mol L^-1硫代硫酸钠溶液与100mL Ti₃C₂T_x纳米片悬浮液混合，在磁力搅拌器上以250r/min搅拌10min；将2mol L^-1甲酸溶液以速率为0.1ml/s滴加到上述的混合溶液中，直到溶液全部转变为乳白色后，继续滴加甲酸至pH＝6.5，反应生成的纳米硫颗粒生长在Ti₃C₂T_x纳米片表面。用0.7mol L^-1氨水中和至悬浮液pH＝6.8后离心，所得沉淀再次用去离子水洗涤、离心得到硫含量为50wt.％的粘土状二维过渡族金属碳化物Ti₃C₂与纳米硫颗粒复合材料，硫颗粒尺寸在20到200个纳米。

(3)电化学性能测试：将粘土状二维过渡族金属碳化物Ti₃C₂与纳米硫颗粒复合材料采用涂布机均匀涂布在铝箔集流体上(涂层厚度为20μm)，真空干燥24h，然后压实、裁片作为正极；以锂片为负极，采用Celgard隔膜，电解液选用浓度为1mol L^-1LiTFSI/DOL-DME(体积比1:1)，并且添加0.1mol L^-1的LiNO₃，组装成扣式锂硫电池。在0.5C倍率下进行恒流充放电，首次放电容量为1060mAh g^-1，100次循环后放电容量为859mAh g^-1。

实施例4

(1)二维过渡族金属碳化物Ti₃C₂纳米片悬浮液的制备：将10mL浓度为6M的稀HCl和0.666g LiF加入到塑料瓶中，在磁力搅拌下缓慢加入1g过400目筛的三元层状碳化物Ti₃AlC₂粉，并于40℃下400r.p.m转速下磁力搅拌20h，反应结束后将产物用乙醇洗涤离心至上层清夜pH值为6.2，将沉淀室温下干燥后取0.1g加入到50mL去离子水中，在流动氩气保护下，50kHz的超声频率下超声剥离1h，随后在3000r.p.m的转速下离心1h得到少层或单层二维过渡族金属碳化物Ti₃C₂纳米片的稳定悬浮液，悬浮液浓度为0.7mg/ml。

(2)二维过渡族金属碳化物Ti₃C₂与纳米硫颗粒复合材料的制备：将2.7mL 0.2mol L^-1硫代硫酸钠溶液与100mL Ti₃C₂T_x纳米片悬浮液混合，在磁力搅拌器上以250r/min搅拌10min；将2mol L^-1甲酸溶液以速率为0.3ml/s滴加到上述的混合溶液中，直到溶液全部转变为乳白色后，继续滴加甲酸至pH＝6.4，反应生成的纳米硫颗粒生长在Ti₃C₂T_x纳米片表面。用1mol L^-1氨水中和至悬浮液pH＝6.9后离心，所得沉淀再次用去离子水洗涤、离心得到硫含量为20wt.％的粘土状二维过渡族金属碳化物Ti₃C₂与纳米硫颗粒复合材料，硫颗粒尺寸在20到200纳米。

(3)电化学性能测试：将粘土状二维过渡族金属碳化物Ti₃C₂与纳米硫颗粒复合材料采用涂布机均匀涂布在铝箔集流体上(涂层厚度为19μm)，真空干燥24h，然后压实、裁片作为正极；以锂片为负极，采用Celgard隔膜，电解液选用浓度为1mol L^-1LiTFSI/DOL-DME(体积比1:1)，并且添加0.1mol L^-1的LiNO₃，组装成扣式锂硫电池。在0.5C倍率下进行恒流充放电，首次放电容量为1275mAh g^-1，100次循环后放电容量为1012mAh g^-1。

实施例5

(1)二维过渡族金属碳化物Ti₃CN纳米片悬浮液的制备：将10mL浓度为6M的稀HCl和一定量的LiF加入到塑料瓶中，在磁力搅拌下缓慢加入1g过400目筛的三元层状碳化物Ti₃AlCN粉，并于30℃下400r.p.m转速下搅拌6h，反应结束后将产物用乙醇洗涤离心至上层清夜pH值为6.5，将沉淀室温下干燥后取0.1g加入到50mL去离子水中，在流动氩气保护下，60kHz超声频率下超声剥离1.3h，随后在3000r.p.m的转速下离心0.5h得到少层或单层二维过渡族金属碳化物Ti₃C N纳米片的稳定悬浮液，悬浮液浓度为1.2mg/ml。

(2)二维过渡族金属碳化物Ti₃CN与纳米硫颗粒复合材料的制备：将14.6mL0.6mol L^-1硫代硫酸钠溶液与100mL Ti₃CNT_x纳米片悬浮液混合，在磁力搅拌器上以250r/min搅拌10min；将2mol L^-1甲酸溶液以速率为0.2ml/s滴加到上述的混合溶液中，直到溶液全部转变为乳白色后，继续滴加甲酸至pH＝6.6，反应生成的纳米硫颗粒生长在Ti₃C₂T_x纳米片表面。用0.5mol L^-1氨水中和至悬浮液pH＝7.2后离心，所得沉淀再次用去离子水洗涤、离心得到硫含量为70wt.％的粘土状二维过渡族金属碳化物Ti₃CN与纳米硫颗粒复合材料，硫颗粒尺寸为20到300纳米。

(3)电化学性能测试：将二维过渡族金属碳化物Ti₃CN与纳米硫颗粒复合材料用涂布机均匀涂布在铝箔集流体上(涂层厚度为14μm)，真空干燥24h后裁片作为正极，以锂片为负极，采用Celgard隔膜，电解液选用浓度为1molL^-1LiTFSI/DOL-DME(体积比1:1)，并且添加0.1mol L^-1的LiNO₃，组装成扣式锂硫电池。在0.5C倍率下进行恒流充放电，首次放电容量为930mAh g^-1，100次循环后放电容量为812mAh g^-1。

实施例6

(1)二维过渡族金属碳化物Ti₃CN纳米片悬浮液的制备：将10mL浓度为6M的稀HCl和0.662g LiF加入到塑料瓶中，在磁力搅拌下缓慢加入1g过400目筛的三元层状碳化物Ti₃AlCN粉，并于30℃250r.p.m转速下磁力下搅拌8h，反应结束后将产物用乙醇洗涤离心至上层清夜pH值为6.6，将沉淀室温下干燥后取0.2g加入到150mL去离子水中，在流动氩气保护下，80kHz的超声频率下超声剥离1h，随后在3000r.p.m的转速下离心1h得到少层或单层二维过渡族金属碳化物Ti₃CN纳米片的稳定悬浮液，悬浮液浓度为1.8mg/ml。

(2)二维过渡族金属碳化物Ti₃CN与纳米硫颗粒复合材料的制备：将16.4mL0.8mol L^-1硫代硫酸钠溶液与100mL Ti₃CN纳米片悬浮液混合，在磁力搅拌器上以250r/min搅拌10min；将3mol L^-1甲酸溶液以速率为0.2ml/s滴加到上述的混合溶液中，直到溶液全部转变为乳白色后，继续滴加甲酸至pH＝6.5，反应生成的纳米硫颗粒生长在Ti₃CN纳米片表面。用0.2mol L^-1氨水中和至悬浮液pH＝7.1后离心，所得沉淀再次用去离子水洗涤得到硫含量为70wt.％的二维过渡族金属碳化物Ti₃CN与纳米硫颗粒复合材料的悬浮液，硫颗粒尺寸在20到400纳米。

(3)电化学性能测试：将二维过渡族金属碳化物Ti₃CN与纳米硫颗粒复合材料悬浮液在pp电池隔膜上抽滤得到复合正极/隔膜一体结构，复合正极厚度为21μm，真空干燥24h后裁片作为正极，以锂片为负极，采用Celgard隔膜，电解液选用浓度为1molL^-1LiTFSI/DOL-DME(体积比1:1)，并且添加0.1mol L^-1的LiNO₃，组装成扣式锂硫电池。在0.5C倍率下进行恒流充放电，首次放电容量为1057mAh g^-1，100次循环后放电容量为846mAh g^-1。

实施例7

(1)二维过渡族金属碳化物Ti₂C纳米片悬浮液的制备：将10mL浓度为6M的稀HCl和一定量的LiF加入到塑料瓶中，在磁力搅拌下缓慢加入1g过400目筛的三元层状碳化物Ti₂AlC粉，并于40℃下220r.p.m搅拌15h，反应结束后将产物用乙醇洗涤离心至上层清夜pH值为6.3，将沉淀室温下干燥后取0.2g加入到50mL去离子水中，在流动氩气保护下,80kHz超声频率下超声剥离1.25h，随后在3000r.p.m的转速下离心1h得到少层或单层二维过渡族金属碳化物Ti₂C纳米片的稳定悬浮液，悬浮液浓度为0.9mg/ml。

(2)二维过渡族金属碳化物Ti₂C与纳米硫颗粒复合材料的制备：将21.1mL 0.2mol L^-1硫代硫酸钠溶液与100mL Ti₂CT_x纳米片悬浮液混合，在磁力搅拌器上以250r/min搅拌10min；将1mol L^-1甲酸溶液以速率为0.1ml/s滴加到上述的混合溶液中，直到溶液全部转变为乳白色后，继续滴加甲酸至pH＝6.3，反应生成的纳米硫颗粒生长在Ti₂CT_x纳米片表面。用0.7mol L^-1氨水中和至悬浮液pH＝7.1后离心，所得沉淀再次用去离子水洗涤、离心得到硫含量为60wt.％的粘土状二维过渡族金属碳化物Ti₂C与纳米硫颗粒复合材料，硫颗粒尺寸为20到300纳米。

(3)电化学性能测试：将二维过渡族金属碳化物Ti₂C与纳米硫颗粒复合材料用涂布机均匀涂布在铝箔集流体上(涂层厚度为11μm)，真空干燥14h后裁片作为正极，以锂片为负极，采用Celgard隔膜，电解液选用浓度为1molL^-1LiTFSI/DOL-DME(体积比1:1)，并且添加0.1mol L^-1的LiNO₃，组装成扣式锂硫电池。在0.5C倍率下进行恒流充放电，首次放电容量为1080mAh g^-1，100次循环后放电容量为875mAh g^-1。