[发明专利]一种碳化钛柔性纸及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及柔性纸材料制备技术领域，特别涉及一种碳化钛柔性纸及其制备方法。

背景技术

二维晶体材料可分为石墨烯基材料和类石墨烯材料两大类。石墨烯基材料是指包括石墨烯在内的官能团化的石墨烯材料，例如氟化石墨烯、氧化石墨烯。类石墨烯材料则是指具有石墨烯结构，包含其他元素的二维原子晶体或化合物，例如单原子层的六方BN、MoS₂、WS₂等大部分的二维晶体材料是通过化学刻蚀或机械剥离等方法剥离层间结合力较弱(范德华力)的三维层状前驱物得到的，而剥离层间结合力较强的三维层状化合物似乎是不可能的。2011年美国Drexel大学报道，利用氢氟酸化学剥离三元层状碳化物Ti₃AlC₂，成功制备出一种新型的二维碳化物晶体Ti₃C₂T_x(T代表-F和-OH等官能团)。Ti₃AlC₂是一种典型的MAX相。MAX相是一类三元层状化合物的统称，这类化合物具有统一的化学式M_n+1AX_n，其中M是早期过渡金属，A是Ⅲ、Ⅳ主族元素，X是C或者N，n＝1、2、3等。MAX相的结构特点是M原子和A原子层交替排列，形成近密堆积六方层状结构，X原子填充于八面体空隙，其中M-A键具有金属键的特性，相对于M-X键作用力较弱。这种具有类石墨烯结构的新型二维晶体化合物被命名为MXene。

MXene材料研究较多的是n＝2的Ti₃C₂T_x，其单层纳米片由3层Ti原子和2层C原子组成。相比之下n＝1的碳化钛(Ti₂CT_x)的单层纳米片只含有2层Ti原子和1层C原子，原子层数更少、密度更小、比表面积更大，理论预测其应具有更优的电化学性能，质量容量应为Ti₃C₂T_x的1.5倍。目前已经有研究人员采用碳纳米管与Ti₃C₂T_x复合，成功合成并制备出了Ti₃C₂T_x柔性纸并且表现出了优异的电化学性能。

目前关于MXene的有限的应用研究主要集中在用作超级电容器、锂离子电池、钠离子电池等的电极上，并表现出了出色的性能，Ti₃C₂T_x柔性纸作为锂离子电池负极和超级电容器电极的质量比容量和体积比容量分别高达410mAh/g和900F/cm3，并具有良好的充放电循环稳定性。但是Ti₂CT_x作为MXene材料中的一员，相比Ti₃C₂T_x要更薄更轻，因为其腐蚀和剥离较Ti₃C₂T_x更难，所以目前做该方面研究的文章较少，理论预测其应具有更优的电化学性能，因此要做出Ti₂CT_x柔性纸的工作就显得更加重要。在材料科学领域，寻找并制造一种可以扭曲成各种形状的超薄材料是非常不容易的。对于超薄材料，抗拉强度和抗压强度是非常重要的，因为对于几个原子厚的材料，其实用数据几乎完全决定它们的物理功能。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种碳化钛柔性纸及其制备方法，能够制备出在电化学方面具有优异性能的纸张，具有柔韧性好、工艺简单，环境友好、应用范围广的特点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种碳化钛柔性纸，所述Ti₂CT_x柔性纸为可弯曲不可折叠，厚度为5-20μm的薄膜，T表示-OH或-F或-O官能团。

一种碳化钛柔性纸的制备方法，步骤如下：

步骤1：将稀HCL和LiF加入到聚乙烯塑料烧杯中，在磁力搅拌下缓慢加入Ti₂AlC粉，继续磁力搅拌，反应结束后将产物用去离子水洗涤离心直至上层清液pH值大于6，得腐蚀产物；

步骤2：将腐蚀产物加入到去离子水中，在流动氩气保护下超声剥离，随后高速离心，得到剥离的少层或单层Ti₂CT_x纳米片的稳定胶态悬浮液；