导电性二维粒子及其制造方法与流程

本发明涉及导电性二维粒子及其制造方法。

背景技术：

1、近年来，mxene作为新材料受到注目。mxene是所谓二维材料的一种，如后述，是具有1个或多个层的形态的层状材料。一般来说，mxene具有这样的层状材料的粒子(可包括粉末、薄片、纳米片等)的形态。

2、目前，面向mxene在各种领域中的应用进行了各种研究。面向该应用，为了进一步提高含有mxene的材料的特性，变更mxene的结构得到研究。例如在非专利文献1中公开有一种使用mxene二维膜用于海水淡水的分离技术。公开了为了抑制上述mxene二维膜的膨润性，高效率地捕捉一价的金属离子，从而利用mxene纳米片的羟基，通过自交联反应而在相邻的纳米片间形成ti－o－ti键。

3、另外，在非专利文献2中公开有将mxene膜应用于离子的筛分和水的净化。在非专利文献2中公开了为了抑制mxene膜的膨润，对于k+/pb2+的混合物进行有效的离子筛分、以及提高重金属离子(pb)的除去的效率，而使用热交联的二维mxene膜。

4、现有技术文献

5、非专利文献

6、非专利文献1：self-crosslinked mxene(ti3c2tx)membraneswith goodantiswelling property formonovalent metal ion exclusion(acs nano 2019,13,10535-10544)

7、非专利文献2：voltage-enhanced ion sieving and rejection of pb2+througha thermally cross-linked two-dimensional mxene membrane(chemical engineeringjournal 401(2020)126073)

技术实现思路

1、发明所要解决的问题

2、非专利文献1和非专利文献2所示的交联的mxene膜，例如在适用于各种电气设备时，未显示出优异的导电性，或难以长期表现出高电导率。本发明鉴于上述情况而提出，其目的在于，提供一种在形成长期表现出高电导率的导电性膜等中有用的导电性二维粒子，并提供长期显示高电导率的导电性膜、所述导电性二维粒子的制造方法、以及含有所述导电性二维粒子的导电性膏和导电性复合材料。

3、解决问题的手段

4、根据本发明的1个要旨，提供一种导电性二维粒子，其是包含1个或多个层的层状材料的导电性二维粒子，其中，

5、所述层包括：

6、由下式：mmxn表示的层主体(式中，m是至少一种的第3、4、5、6、7族金属，x是碳原子、氮原子或它们的组合，n为1以上且4以下，m大于n并在5以下)；

7、存在于该层主体的表面的修饰或末端t(t是从羟基、氟原子、氧原子和氢原子所构成的群中选择的至少一种)，

8、不含氯原子、碘原子和溴原子，

9、具有从氟原子、氧原子和羟基所构成的群中选择的至少一种，

10、一个层的层主体的钛原子与另一个层的层主体的钛原子，经由氧原子进行结合。

11、根据本发明的另一个要旨，提供一种导电性二维粒子的制造方法，其中，包括：

12、(a)准备由下式：mmaxn表示的前驱体(式中，m是至少一种的第3、4、5、6、7族金属，x是碳原子、氮原子或它们的组合，a是至少一种的第12、13、14、15、16族元素，n为1以上且4以下，m大于n并在5以下)；

13、(b)进行蚀刻，使用不含氯原子、碘原子和溴原子的蚀刻液，从所述前驱体除去至少一部分的a原子；

14、(c)用水清洗经蚀刻而得到的蚀刻处理物，得到水清洗物；

15、(d)进行层间插入用化合物的插层处理，包括对含有所述水清洗物和该水清洗物的层间插入用化合物的混合液进行搅拌；

16、(e)使用经所述插层处理而得到的插层处理物，进行分层；以及

17、(f)对于进行所述分层而得到的分层处理物，进行在非活性气体气氛中加热到200℃以上的热处理，得到导电性二维粒子。

18、发明的效果

19、根据本发明，导电性二维粒子，包括规定的1个或多个层，不含氯原子、碘原子和溴原子，具有从氟原子、氧原子和羟基所构成的群中选择的至少一种，一个层的层主体的钛原子与另一个层的层主体的钛原子，经由氧原子进行结合，由此，提供包含mxene，长期显示高电导率的导电性二维粒子。

技术特征：

1.一种导电性二维粒子，是含有1个或多个层的层状材料的导电性二维粒子，其中，

2.根据权利要求1所述的导电性二维粒子，其中，在经过x射线衍射测量而得到的轮廓曲线中，(002)面的峰存在于2θ＝8°以上。

3.根据权利要求1或2所述的导电性二维粒子，其中，含有磷酸根离子。

4.一种导电性膜，其中，含有权利要求1～3中任一项所述的导电性二维粒子。

5.根据权利要求4所述的导电性膜，其中，电导率为5000s/cm以上。

6.一种导电性膏，其中，含有权利要求1～3中任一项所述的导电性二维粒子。

7.一种导电性复合材料，其中，含有权利要求1～3中任一项所述的导电性二维粒子、和聚合物。

8.一种导电性二维粒子的制造方法，其中，包括：

9.根据权利要求8所述的导电性二维粒子的制造方法，其中，在所述(e)中，使用极性有机分散介质和水系分散介质之中的1个以上，进行插层处理物的分层。

10.根据权利要求8或9所述的导电性二维粒子的制造方法，其中，所述蚀刻液至少包含氢氟酸。

11.根据权利要求10所述的导电性二维粒子的制造方法，其中，所述蚀刻液还含有磷酸。

12.根据权利要求8～11中任一项所述的导电性二维粒子的制造方法，其中，在所述(d)中，将氢氧化锂作为所述水清洗物的层间插入用化合物使用。

技术总结
提供一种导电性二维粒子，其含有MXene，能够形成长期显示高电导率的导电性膜。所述导电性二维粒子，是含有1个或多个层的层状材料的导电性二维粒子，其中，所述层包括：由下式：M<subgt;m</subgt;X<subgt;n</subgt;表示的层主体(式中，M是至少一种的第3、4、5、6、7族金属，X是碳原子、氮原子或它们的组合，n为1以上且4以下，m大于n并在5以下)；存在于该层主体的表面的修饰或末端T(T是从羟基、氟原子、氧原子和氢原子所构成的群中选择的至少一种)，不含氯原子、碘原子和溴原子，具有从氟原子、氧原子和羟基所构成的群中选择的至少一种，一个层的层主体的钛原子与另一个层的层主体的钛原子，经由氧原子进行结合。

技术研发人员：小柳雅史
受保护的技术使用者：株式会社村田制作所
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16