[发明专利]一种离子插层剂改性MXenes及其制备方法与在橡胶中的应用

说明书

本发明公开了一种离子插层剂改性MXenes及其制备方法与在橡胶中的应用，属于碳化物复合材料领域。本发明将过渡金属碳化物MXenes，离子插层剂和水混合，在30‑50℃下搅拌反应，然后真空冷冻干燥，得到离子插层剂改性MXenes，标记为ƒ‑MXenes。本发明将过渡金属碳化物应用到橡胶领域，使修饰后的碳化物材料MXenes克服了二维层状过渡金属碳化物材料MXenes与胶乳相容性差，易团聚等缺点，具有改善基体与界面结合，提高橡胶的力学性能和耐磨耗等优点。而且制备过程环保，高效，节能，产品回收率高，是一种环境友好型橡胶填料，在橡胶工业生产中具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于碳化物复合材料领域，具体涉及一种离子插层剂改性MXenes的制备方法及其对橡胶的补强研究。

背景技术

目前，二维材料已经越来越多，由于其卓越的性能引起了广泛地研究关注，具有类石墨烯结构的二维层状过渡金属碳化物MXenes是2011年Yury GogoTsi等首先报道(Adv.MaTer.,2011,23:4248-4253)的一种新型二维纳米材料，具有良好的导电性、化学稳定性、亲水性和力学性能。尤其是新型二维层状过渡金属碳化物MXenes具有高电导率、高比表面积、高机械强度、组分灵活可调、最小纳米层厚可控等优势，已在储能、吸附、传感器、导电填充剂等领域展现出巨大的潜力。

二维层状过渡金属碳化物MXenes的制备已经较为成熟，然而对过渡金属碳化物MXenes进行功能化修饰则研究较少，过渡金属碳化物MXenes由于其在水溶液中分散的稳定性差，需要对MXenes进行修饰来提高分散性，扩大MXenes在各个领域的应用。选用离子插层剂对MXenes材料进行修饰的制备过程操作简单，节能环保且回收率高，对环境无污染。目前国内对二维层状过渡金属碳化物MXenes的研究主要是在超级电容器、传感器、催化剂等方面，在橡胶领域的应用研究较少。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种离子插层剂改性MXenes及其制备方法。该制备工艺简单，同时节能环保，有很好的应用前景。

本发明另一目的是将离子插层剂改性MXenes应用于橡胶领域中，研究其对橡胶的补强作用。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种离子插层剂改性MXenes的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取过渡金属碳化物MXenes分散在水中，超声均匀，得过渡金属碳化物MXenes分散液；

(2)将步骤(1)中过渡金属碳化物MXenes分散液和离子插层剂混合，在30～50℃下搅拌反应；

(3)将步骤(2)制得的反应产物冷冻干燥，得到离子插层剂改性MXenes，标记为f-MXenes。

优选的，步骤(1)所述超声是运用探头粉碎超声机超声。

优选的，步骤(1)所述超声时间为1-3h。

优选的，步骤(1)所述超声的功率为60W～80W，进一步优选为70W。

优选的，步骤(1)所述二维层状过渡金属碳化物为Ti₃C₂，Ti₂C，Ti₄C₃，V₃C₂，V₂C中的一种或几种，进一步优选为Ti₃C₂。

优选的，所述过渡金属碳化物MXenes，离子插层剂，水的质量比为(1～3):(0.5～1):(70～90)，进一步优选为(1～3):(0.5-1):80。