[发明专利]一种多孔MXene二维材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多孔MXene二维材料及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：S1：提供MXene悬浮液；S2：对所述MXene悬浮液进行机械振荡；S3：对机械震荡后的所述MXene悬浮液进行离心分离，得到多孔MXene分散液；S4：对所述多孔MXene分散液进行干燥，得到多孔MXene二维材料粉末。本发明提出的多孔MXene二维材料及其制备方法，简单快捷、绿色环保、效率高且成本低。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种多孔MXene二维材料及其制备方法。

背景技术

MXene是近年来新兴的一种类石墨烯二维材料，通过腐蚀MAX相中的A原子层而得。MAX是一种层状结构材料，其中M为早期过渡金属(Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta等)，A为第三或四主族元素，X为C或/和N。MAX相具有六方层状结构，由MX层和A原子层交替排列组成，MX之间以金属键结合，MX片层与A原子面间通过范德华力相互作用。特定的化学环境可选择性地腐蚀A原子层，形成稳定的MX层，表面吸附有-OH、-O、-H、-F等终端官能团，该二维材料即MXene。

理论预测或/和实验表明，MXene在能源储存/转换、污水处理、化学传感、光/电催化和静电屏蔽等领域极具潜在应用价值。其中，MXene具有良好的电化学存储电荷的性质，被认为是超级电容器和锂离子电池等电化学储能器件的电极材料之一。MXene具有亲水性、导电性好、电荷响应速度快、比表面积大以及具有赝电容的特征且循环寿命稳定的优点，此外其堆积密度高，可有效降低电化学储能器件的体积，提升其体积能量密度。

另一方面，多孔二维材料具有更高的比表面积，更多的化学活性位点，从而增加了电极和电解液之间的接触面积，可提供更有效的离子、电子传输通道，有助于提高电化学储能器件的整体性能。具有多级孔(微孔-介孔-大孔)结构的电极可提供连续的电子、电解液离子传输通道，更有利于电极/电解液界面传质作用的进行，从而进一步提高储能器件的电化学性。

研究人员采用光刻蚀法、催化刻蚀法、酸碱刻蚀法、碳热还原法等制备多孔(2D)石墨烯，或者直接通过模板法、自组装/冷冻干燥方法获得多孔3D石墨烯，基于此设计组装的电化学器件表现出良好的电化学性能；而多孔MXene方面，仅有少数文献报道3D结构MXene的制备及应用(比如Yang Y,et al.ACS Nano 2018,12,4224-4232；Zhao D,etal.Chemical Communications,2018,54,4533-4536；Zhao MQ,et al.AdvancedMaterials,2017,29,1702410)，且仅有一篇文献(Ren C E,Zhao M,Makaryan T,etal.Chemelectrochem,2016,3(5):847-847.)报道多孔(2D)MXene的制备。该文献报道是基于化学刻蚀原理制备多孔Ti₃C₂T_x：先借助Cu²⁺(或Co²⁺、Fe²⁺)催化Ti₃C₂T_x纳米片发生局部氧化生成TiO₂，然后用稀HF刻蚀掉TiO₂从而获得多孔的Ti₃C₂T_x纳米片。但是采用化学刻蚀法来制备方法较繁杂，导致生产效率较低。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种多孔MXene二维材料及其制备方法，简单快捷、绿色环保、效率高且成本低。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：