[发明专利]一种二氧化钛纳米线/二维层状碳化钛复合材料及其低温制备法

说明书

【技术领域】

本发明属于纳米功能材料制备技术领域，特别涉及一种二氧化钛纳米线/二维层状碳化钛复合材料及其低温制备法。

【背景技术】

二维层状碳化钛(MXene)是利用Ti₃AlC₂层间作用力的差异，通过一定的方法将Al层腐蚀而得到。由于其独特的类石墨烯结构，较大的比表面积，良好的导电性等，使得其在吸附、光催化、生物传感器、锂离子电池、超级电容器等方面得到了广泛的应用。2015年，Zhao等人通过将碳纳米管与Ti₃C₂T_x复合得到了三明治状的Ti₃C₂Tx/MWCNT复合材料，实验表明负载之后的Ti₃C₂Tx/MWCNT有高的电容和超高的速率性能。2016年，Huang等人通过将Cu(CH₃COO)₂H₂O和Ti₂CT_x溶剂热处理得到了Cu₂O/MXene纳米粉体，实验结果表明负载之后材料电化学性能比之前有很大的提升。

纳米氧化钛具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性等，被广泛应用于光催化触媒、锂电池等中。2001年，Grimes等人采用三电极体系(钛片为阳极，惰性Pt为阴极，以及参比电极Ag/AgCl组成)，通过阳极氧化法制备高度有序的TiO₂纳米管。TiO₂纳米管规则有序的纳米管结构，一方面为光生电子提供了快速传输的通道，另一方面有利于电解液的传质过程。此外，TiO₂纳米管底部的致密阻挡层可以有效地减小暗电流的产生。这些优点使其在太阳能电池上获得了良好的光电性能。

目前文献报道的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料大多采用液相法或热处理等方法制备，其缺点在于制备的氧化钛大多为颗粒而且是无序排布。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种二氧化钛纳米线/二维层状碳化钛复合材料及其低温制备法，能够制得线状且有序的二氧化钛纳米线/二维层状碳化钛复合材料。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

包括以下步骤：首先将Ti₃C₂粉体溶于浓度为1～8mol/L的碱性溶液中，在30～50℃下搅拌反应0.5～3h，得到反应混合溶液；然后，将反应混合溶液洗涤后再分离固体，干燥得到二氧化钛纳米线-二维层状碳化钛复合材料。

进一步地，Ti₃C₂粉体和碱性溶液的质量体积比为(50～200)mg：(10～50)mL。

进一步地，碱性溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。

进一步地，反应混合溶液用去离子水和无水乙醇离心洗涤。

进一步地，分离出的固体在20～60℃真空干燥12～48h。

一种利用如上所述低温制备法制得的二氧化钛纳米线/二维层状碳化钛复合材料。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过将Ti₃C₂与不同浓度的碱溶液进行混合搅拌，通过控制反应条件使得Ti₃C₂表面氧化生成二氧化钛纳米线，内部仍保留原结构，从而得到一种二氧化钛纳米线/二维层状碳化钛纳米复合材料。大量的二氧化钛纳米线分布在片层表面和片层之间，不仅增大了层间距，提高了材料的比表面积，而且有效防止了层与层之间的堆叠。本发明具有制备工艺简单，可控，得到的二氧化钛形貌新颖等特点。

本发明制得的二氧化钛纳米线/二维层状碳化钛复合材料为线状，提高了纳米复合材料的电化学性能。在电解液为1mol/L KCl溶液，扫描速率为2mV/s时，测试CV,Ti₃C₂比电容为90F/g，而本发明制备的二氧化钛纳米线/二维层状碳化钛复合材料的比电容为120F/g。

【附图说明】

图1为本发明制得的二氧化钛纳米线/二维层状碳化钛纳米复合材料不同放大倍率下的SEM图，其中(a)为1.0μm，(b)为500nm。

图2为本发明制得的二氧化钛纳米线/二维层状碳化钛纳米复合材料的XRD图。

【具体实施方式】

下面结合附图与实施例对本发明做进一步详细说明。