颗粒状二氧化锡/二维纳米碳化钛复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米功能材料制备及其应用技术领域，具体涉及颗粒状二氧化锡/二维纳米碳化钛复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]二维层状纳米碳化物MXene_Ti3C2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、气体传感器等方面得到了广泛的应用，但是二维层状纳米碳化物MXene-Ti3C2F易直接合成，而由Ti3AlC2陶瓷粉体作为前驱物来制备则成为一种简单易行的方法。
[0003]三元层状Ti3AlC2材料拥有特殊的晶体结构，Ti与C之间为典型的强共价键，A1原子层内部及A1原子与Ti之间为弱金属键，而且，其中的A1易于被腐蚀处理除去而得到二维层状类石墨烯结构的Ti3C2,在此上负载金属氧化物，则可以实现材料多种功能与结构的复合。
[0004]锡的氧化物因为具有高比容量和低嵌锂电势而倍受关注，曾被认为是碳负极材料最有希望的代替物，但它也存在一些缺点，如首次充放电过程中体积膨胀高达50%以上，循环期间锂离子的反复嵌入与脱出过程中易出现“粉化“和”团聚”现象，这些都导致锡的氧化物电化学性能迅速下降，从而限制了它在锂离子电池中的广泛应用。
[0005]马维克等人制备石墨烯基二氧化锡纳米复合材料并研究了其电化学性能，实验结果表明石墨烯基二氧化锡作为锂离子电池负极材料的充放电容量明显提高(马维克.Sn02/石墨烯复合材料电化学性能研究[D].燕山:燕山大学，2011.) ;Zhu等人采用水热法制备出Sn02/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石墨稀材料(Yun Guang Zhu,Ye Wang,Jian Xie，Gao_Shao Cao，Tie_Jun Zhu,XinbingZhao,Hui Ying Yang,Effects of Graphene Oxide Funct1n Groups on Sn02/GrapheneNanocomposites for Lithium Storage Applicat1n,[J].Electrochimica Acta.154(2015)338-344.).但上述研究均是将Sn02负载在石墨稀上，石墨稀不能有效缓解Sn02的体积效应，且在Li+脱嵌过程中容易损坏。本发明选用MXene-Ti3C2 二维层状材料负载Sn02，其中Ti与C之间为典型的强共价键，可以有效缓解Sn02的粉化团聚等现象。改进以上缺点，可使二氧化锡/ 二维层状纳米碳化钛(MXene)复合材料，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】
[0006]为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供颗粒状二氧化锡/二维纳米碳化钛复合材料的制备方法，通过水热反应将SnCl4.5H20在碱性环境下生成Sn02负载到MXene-Ti3C2纳米材料表面，从而提供一种颗粒状二氧化锡/ 二维纳米碳化钛(MXene)复合材料的制备方法;首先将合成并处理后的Ti3AlC2粉体在HF酸中进行化学刻蚀，使A1被选择性刻蚀掉，形成一种二维层状材料MXene-Ti3C2，然后在二维层状材料MXene_Ti3C2上负载Sn〇2，使MXene-Ti3Cd^比表面更大，兼顾了 Sn02的优点，如光催化性能，亲生物性，形貌多样等。
[0007]为了达到上述目的，本发明的技术方案如下:
[0008]颗粒状二氧化锡/二维纳米碳化钛复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0009](1)按照专利ZL201310497696.9的方法首先制备出三元层状Ti3AlC2陶瓷粉体，再将粉体高能球磨lh_4h，转速400r/min，球料比10:1，细化粉体后40°C_60°C烘干，得到粒径在8μπι-7 5μπι的T i 3A1C2陶瓷粉体；
[0010](2)将步骤(1)中所得Ti3AlC2陶瓷粉体取2g?10g在60°C条件下，浸没在50mL?200mL 35wt%?45wt%氢氟酸溶液中反应6h?120h;搅拌，将腐蚀产物用去离子水离心清洗，直至离心上清液pH在5?6之间；然后用无水乙醇清洗2?4次;将所得固体样品干燥，得到二维层状纳米材料MXene_Ti3C2 ；
[0011](3)将SnCl4.5H20、葡萄糖以及步骤(2)所得二维纳米MXene-Ti3C2混合，Sn4+与葡萄糖的摩尔比为3:1，SnCl4.5H20与二维纳米MXene-Ti3C2质量比为2: 1，以乙醇作为溶剂，用ΝΗ3.H20调节PH至12-14，用磁力搅拌2h，将混合液加入聚四氟乙烯反应釜反应120°C，6h，自然冷却至室温后，离心20min水洗3次，随后50°C烘干12h，即可得到Sn02/MXene-Ti3C2复合材料。
[0012]本发明的优势在于利用一步水热反应，使得Sn02均匀负载在MXene-Ti3C2上，制备得到形貌多样的31102/1?6116-113(:2复合材料。并且51102/1?6116-1^3(:2复合材料具有优异的电化学性能，作为锂离子电池负极材料时，其首次放电容量可高达1030mAh g—1，使得二维层状纳米材料MXene_Ti3C2在锂离子电池的应用方面打开了一个新局面，其良好的导热性和导电性能发挥了巨大的作用。
[0013]本发明选用MXene-Ti3C2二维层状材料负载Sn02，其中Ti与C之间为典型的强共价键，可以有效缓解Sn02的粉化团聚等现象。有效地提高电容量，使其首次充放电容量高达1030.1mAh g—1。相比于前人的工作都有明显的改善，可使二氧化锡/ 二维层状纳米碳化钛(MXene)复合材料，有望在锂离子电池、超级电容器等领域有更好的应用。
【附图说明】
[0014]图1为Ti3AlC2粉体腐蚀处理后，及腐蚀产物MXene-Ti3C2负载Sn02样品的XRD图谱。
[0015]图2(a)为Ti3AlC2粉体颗粒的SEM图，图2(b)为腐蚀处理后MXene_Ti3C2的SEM图，图2(c)为Sn02/MXene-Ti3C2纳米复合材料的SEM图，图2(d)为Sn02/MXene-Ti3C2纳米复合材料的的局部高倍SEM图。
【具体实施方式】
[0016]以下通过具体实施方案进一步描述本发明，本发明也可通过其它的不脱离本发明技术特征的方案来描述，因此所有在本发明范围内或等同本发明范围内的改变均被本发明包含。
[0017]实施例一
[0018]本实施例包括以下步骤:
[0019](1)采用真空烧结的方法制备出高纯度的三元层状Ti3AlC2陶瓷粉体，然后高能球磨粉体4h，转速400r/min，球料比10:1，细化粉体后60°C烘干。从图2(a)中SEM图显示了Ti3AlC2晶体的微观形貌，可以看出其晶粒尺寸大小约为8μπι，及其明显的层状结构；
[0020](2)将步骤(1)中所得粉体2g