[发明专利]绿色合成二维过渡金属碳化物或者氮化物纳米片的方法

说明书

技术领域

本发明特别涉及一种绿色合成二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片的方法，属于二维纳米材料制备技术领域。

背景技术

二维纳米材料作为一种新兴的纳米材料因为其较大的表面积以及极薄的厚度广泛受到研究者们的关注。特别是近年来，研究人员发现并合成了一种二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片，这种二维纳米材料的前驱体均来自于三元层状陶瓷材料，而且表现出类似于石墨烯的性质，所以其可被统一命名为二维过渡金属碳化物或氮化物。随着研究的继续，越来越多的二维过渡金属碳化物或者氮化物纳米片在能源、生物医学、催化、润滑以及复合材料领域展现出巨大的应用潜力。目前，此类二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片主要是通过以选择性腐蚀的方法刻蚀三元层状陶瓷材料中的金属原子层，再通过插层剥离的方法而获得。但此类合成方法会直接影响产物的表面性质，限制了其应用范围，并且由于反应原料中需使用大量含氟的酸性介质，对研究人员的安全有着巨大的危害。

因此，业界急需寻找一种新的二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片合成方法，以改善样品的表面组成，并尽可能减少含氟物质的使用量。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种绿色合成二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片的方法，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种绿色合成二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片的方法，其包括：将腐蚀插层剂与三元层状陶瓷材料混合并进行腐蚀插层反应后，再通过剪切分散处理获得二维过渡金属碳化物纳米片或二维过渡金属氮化物纳米片。

进一步的，所述三元层状陶瓷材料包括交替层叠设置的第一材料层与第二材料层，所述第一材料层包括C和N中的至少一种元素以及过渡金属元素，所述第二材料层包括Al、S、Si元素中的至少一种。

进一步的，所述过渡金属元素包括Ti、Nb、V、Mo、Ga、Cr或Ta等，且不限于此。

更进一步的，所述三元层状陶瓷材料包括三元层状过渡金属碳化物或者三元层状过渡金属氮化物。

进一步的，所述腐蚀插层剂包括有机碱。

进一步的，所述剪切分散处理的方式包括搅动、振荡或者超声方式。

进一步的，本方法亦适用其他三元层状陶瓷材料以及其他相应的有机碱，鉴于三元层状陶瓷材料非常容易钝化，所以可以在合成中添加酸性介质，如盐酸和氟化物，氟氢化铵，氢氟酸等预处理三元陶瓷材料用以刻蚀钝化层。

与现有技术相比，本发明提供的一种二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片合成工艺绿色环保，过程简单，易操作，流程安全可控，耗时耗能少，丰富了二维过渡金属碳化物或者氮化物纳米片的合成方式，能有效促进二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片的推广应用。

附图说明

图1为本发明实施例4中二维过渡金属碳化物纳米片分散液的照片；

图2为本发明实施例4中二维过渡金属碳化物纳米片的透射电镜图片；

图3为本发明实施例4中二维过渡金属碳化物纳米片的原子力显微镜图片。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将结合具体实施例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

本发明实施例提供的一种绿色合成二维过渡金属碳化物或氮化物纳米片的方法包括：将腐蚀插层剂与三元层状陶瓷材料混合并进行腐蚀插层反应后，再通过剪切分散处理获得二维过渡金属碳化物纳米片或二维过渡金属氮化物纳米片。

进一步的，所述三元层状陶瓷材料包括交替层叠设置的第一材料层与第二材料层，所述第一材料层包括C和N中的至少一种元素以及过渡金属元素，所述第二材料层包括Al、S、Si等主族元素中的至少一种。

进一步的，所述过渡金属元素包括Ti、Nb、V、Mo、Ga、Cr或Ta等，且不限于此。

进一步的，所述三元层状陶瓷材料由复数个第一材料层和复数个第二材料层交替层叠形成。

更进一步的，所述三元层状陶瓷材料包括三元层状过渡金属碳化物或者三元层状过渡金属氮化物。