中空二氧化锰纳米管负载MXene材料及制备方法与流程

本发明涉及电磁吸波材料，更具体的涉及一种中空二氧化锰纳米管负载mxene材料及制备方法。

背景技术：

1、近年来，先进电子通讯设备的快速发展给人们的社交网络带来了极大的便利。然而，这些电子设备的使用会产生大量的电磁辐射，不仅对人类的健康造成伤害，也对自然环境造成危害。目前，电磁辐射已成为继水、大气和噪声污染之后的第四大污染源。电磁波吸收材料作为一种能有效减少入射电磁波反射并吸收电磁波的材料，可以解决电磁污染问题，因此成为目前研究的热点。

2、mxene是一种新兴的二维材料，具有类似石墨烯的结构，由于其特殊的层状结构、超高的导电性和丰富的官能团，引起了研究工作者的关注。一般来说，mxene如ti3c2是通过选择性去除其原相max(ti3alc2)陶瓷上的金属al层而制备的。mxene是一类很有前景的吸波材料，二维结构可显著延长电磁波损耗路径，丰富的表面官能团使得材料的润湿能力强，且提供了大量偶极子损耗中心，此外mxene合适的导电能力可以保证吸波体的阻抗匹配。

3、然而，单纯的二维mxene纳米片容易发生团聚，且过剩的电导率会造成阻抗失配，具有损耗单一、有效吸收带宽窄、匹配厚度较厚。同时绝大多数研究都针对最早发现的ti3c2材料，其他mxene基材料研究较少。因此迫切需要充分利用二维mxene的特殊结构，设计一种新型高效的电磁吸收材料。

技术实现思路

1、针对以上问题，本发明提供了一种中空二氧化锰纳米管负载mxene材料及制备方法，本发明以碳布作为模板，通过原位水热合成将mno2负载在碳布表面，再经历高温退火得到中空结构mno2纳米管，然后利用静电自组装技术锚定高导电的新型二维材料mxene(ti3c2，v2c和nb2c等)构筑具有异质结构的轻质纳米吸波材料。中空结构的mno2纳米管具有较多的界面，增强了界面极化效应，可以进一步提高吸波性能，同时中空结构使电磁波在材料内部产生多次反射，进一步增强材料对电磁波的吸收；二维材料mxene具有金属导电性、高比表面积及高机械强度等优异性能，可以有效调节吸波材料的阻抗匹配，实现轻质高效的电磁吸收能力。

2、本发明的第一个目的是提供一种中空二氧化锰纳米管负载mxene材料的制备方法，包括以下步骤：

3、以水为溶剂，加入锰源制备得到锰源前驱液；将预处理后的碳布浸入锰源前驱液中，60-90℃进行水热处理，得到负载mno2的碳布；对负载mno2的碳布在450-700℃进行高温退火处理得到中空mno2纳米管；

4、对max相粉末进行刻蚀反应得到单层mxene纳米片胶体溶液；

5、将中空mno2纳米管浸入单层mxene纳米片胶体溶液搅拌发生静电自组装反应，得到中空二氧化锰纳米管负载mxene材料。

6、在本发明的一个实施方式中，锰源为高锰酸钾；锰源和水的比例为1-5mmol：30-60ml；水热处理时间为24-48h。

7、在本发明的一个实施方式中，高温退火是在空气气氛下加热2-5h。

8、在本发明的一个实施方式中，刻蚀用溶液为氢氟酸或氟化锂与盐酸的混合溶液；

9、max相粉末和混合溶液的比例为0.5-2g：20-40ml。

10、在本发明的一个实施方式中，max相粉末为ti3alc2、ti3aln2、v2alc、nb2alc、ta2alc、cr2alc、vnbalc、mo2nb2alc3中的一种。

11、在本发明的一个实施方式中，预处理碳布的制备是：将碳布清洗、干燥后，利用硫酸和硝酸进行酸化处理，得到预处理的碳布。

12、在本发明的一个实施方式中，硫酸和硝酸的体积比为1-5:1，酸化处理时间为24-48h；硫酸的浓度为0.1mol/l，硝酸的浓度为0.1mol/l。

13、在本发明的一个实施方式中，中空mno2纳米管和单层mxene纳米片胶体溶液的比例为0.8-5mmol：10ml；静电自组装的反应温度为30-60℃，反应时间是0.5-3h。

14、本发明的第二个目的是提供上述制备方法制备得到的中空二氧化锰纳米管负载mxene材料。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

16、(1)mxene具有丰富表面活性位点、独特的二维层状结构、较大的比表面积、出色的导电性及机械稳定性，可以充分发挥亲水性二维材料的优势，协同构筑具有异质结构的mxene基轻量化吸波材料。

17、(2)中空结构的mno2纳米管具有较多的界面，增强了界面极化效应，可以进一步提高吸波性能，同时中空结构使电磁波在材料内部产生多次反射，进一步增强材料对电磁波的吸收。

18、(3)中空管状mno2与不同二维mxene(ti3c2，v2c，nb2c等)纳米片之间的界面数量可以有效地改善界面极化弛豫，从而促进介电弛豫，大量的异构接口可能通过多次散射和反射为电磁波的耗散提供更多的传输路径。

19、(4)本发明通过负载mno2可有效减少mxene纳米片的团聚和堆叠，同时降低电阻率，调控阻抗匹配。

20、(5)本发明制备的mno2/mxene纳米复合材料在电磁保护领域具有潜在的应用前景。

技术特征：

1.一种中空二氧化锰纳米管负载mxene材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种中空二氧化锰纳米管负载mxene材料的制备方法，其特征在于，锰源为高锰酸钾；锰源和水的比例为1-5mmol：30-60ml；水热处理时间为24-48h。

3.根据权利要求1所述的一种中空二氧化锰纳米管负载mxene材料的制备方法，其特征在于，高温退火是在空气气氛下加热2-5h。

4.根据权利要求1所述的一种中空二氧化锰纳米管负载mxene材料的制备方法，其特征在于，刻蚀用溶液为氢氟酸或氟化锂与盐酸的混合溶液；

5.根据权利要求1所述的一种中空二氧化锰纳米管负载mxene材料的制备方法，其特征在于，max相粉末为ti3alc2、ti3aln2、v2alc、nb2alc、ta2alc、cr2alc、vnbalc、mo2nb2alc3中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种中空二氧化锰纳米管负载mxene材料的制备方法，其特征在于，预处理碳布的制备是：将碳布清洗、干燥后，利用硫酸和硝酸进行酸化处理，得到预处理的碳布。

7.根据权利要求6所述的一种中空二氧化锰纳米管负载mxene材料的制备方法，其特征在于，硫酸和硝酸的体积比为1-5:1，酸化处理时间为24-48h；硫酸的浓度为0.1mol/l，硝酸的浓度为0.1mol/l。

8.根据权利要求1所述的一种中空二氧化锰纳米管负载mxene材料的制备方法，其特征在于，中空mno2纳米管和单层mxene纳米片胶体溶液的比例为0.8-5mmol：10-20ml；静电自组装的反应温度为30-60℃，反应时间是0.5-3h。

9.一种权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到的中空二氧化锰纳米管负载mxene材料。

技术总结
本发明公开了一种中空二氧化锰纳米管负载MXene材料及制备方法，属于电磁吸波材料技术领域。该制备方法包括以下步骤：以水为溶剂，加入锰源制备得到锰源前驱液；将预处理后的碳布浸入锰源前驱液中，60‑90℃进行水热处理，得到负载MnO<subgt;2</subgt;的碳布；对负载MnO<subgt;2</subgt;的碳布在450‑700℃进行高温退火处理得到中空MnO<subgt;2</subgt;纳米管；对MAX相粉末进行刻蚀、插层后得到单层MXene纳米片胶体溶液；将中空MnO<subgt;2</subgt;纳米管浸入单层MXene纳米片胶体溶液搅拌发生静电自组装反应，得到中空二氧化锰纳米管负载MXene材料。本发明通过中空结构MnO<subgt;2</subgt;纳米管和新型二维材料MXene构筑具有异质结构的轻质纳米吸波材料。

技术研发人员：徐珺,蔡娜,于立栋,舒磊,李增胜,熊玉新,周长祥,张晨西,程伟,李胜虎
受保护的技术使用者：山东省地质科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4