[发明专利]高比表面积碳化钛材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高比表面积碳化钛材料及其制备方法，属于材料化学领域。本制备方法以三元层状化合物Ti₃AlC₂陶瓷粉末为原料，通过酸刻蚀、水洗、碱化等处理后，使碳化钛形貌和孔结构参数发生一定的变化，从而获得具有高比表面积和特殊多孔结构的碳化钛材料。本发明的新型碳化钛材料具有特殊形貌结构的多孔结构，极大地提高了其比表面积和总孔体积，能使碱化碳化钛用于多肽吸附时提供更多的吸附位点，更加有利于提高吸附量。形貌和孔结构参数的变化使其在电池材料、超级电容器、吸附等应用方面表现出的优异性能。

技术领域

本发明涉及材料化学领域，特别是涉及一种高比表面积碳化钛材料及其制备方法。

背景技术

2004年，Novoselov等首次报道通过机械剥离的方式成功的从石墨中剥离出了仅仅由一层碳原子构成的薄片，那就是二维石墨烯结构；2011年，美国德雷塞尔大学的Yury等合作发现了一种新型的二维碳化钛材料，其类似于石墨烯的二维过渡金属氮化物或碳化物。二维碳化钛材料作为一种新型材料，其单层形貌与石墨烯类似，但是与石墨烯的单原子结构相比，Ti-C结构中含有的多原子稳定性更好，此外，碳化钛的Ti-C之间是共价键－离子键－金属键的混合价键而在石墨烯中C与C原子之间键合比较单一，这也预示着碳化钛材料将会拥有比石墨烯更加丰富可调的性能。

碳化钛材料具有优良的性能，但是一些特性如比表面积偏低等限制了其应用领域，针对扩展碳化钛的应用方向，许多学者对碳化钛改性进行了探索，目前主要集中在复合材料方面，通常以碳化钛作为基体制备功能性复合材料，借助化学或者其他方法利用碳化钛特殊的层间结构使碳纳米管或者一些细小颗粒原位生长在碳化钛材料表面或者层间，从而获得一系列理想的材料。

多肽是一种重要生物活性物质，是由α-氨基酸经过肽键连接形成的化合物，也是蛋白质水解的中间产物，具有特殊的理化性质，能调节体内系统和细胞间的生理功能，该类物质大多存在于复杂体系中，如在生物体内信号的传递等重要的生理过程都存在多肽类物质的吸附，因此对其分离研究具有十分重大的意义和广泛的应用前景。近年来，随着多肽研究的深入，拓展了其在生物传感、药物筛选、疫苗制备和食品添加剂领域的应用，这样对多肽吸附材料的设计引发了新的挑战。

多肽吸附过程比较复杂，其中涉及到了静电作用、范德华力、疏水相互作用和氢键等多种相互作用力，一般认为，多肽在纳米材料表面的吸附过程主要包括三个阶段：①靠近表面；②吸附到表面并发生构象转换；③已吸附的多肽发生脱附。

多肽在材料表面的吸附过程主要受到多种因素的影响，主要体现在如下三个方面：一、多肽自身性质(如大小、形状、空间构想、电荷分布以及结构稳定性等)；二、材料特性(如材料表面化学基团、亲疏水性、带点性、曲率和拓扑结构等)；三、环境因素(如pH值、温度、浓度等)等。

(1)静电吸引力

某种因素对多肽吸附的影响不是绝对的，其他因素一般也会制约其吸附性能。各种因素相互协同但是又独立影响，造成了多肽在材料表面吸附的复杂性。一般认为，范德华力和静电引力是多肽吸附的主要驱动力，静电引力很容易将多肽吸附到带有相反电荷的固体表面，材料表面的电荷密度以及电荷类型都能够影响材料对多肽的吸附量。

(2)材料表面的亲疏水性

影响吸附的主要因素是材料表面的亲疏水性，疏水材料表面上具有相对较低的水密度，以开放的氢键网络存在，分子缔合理论也表明疏水材料更加有利于多肽的吸附，而亲水材料抑制多肽吸附。

(3)材料表面形貌

研究表明材料表面的形貌也影响多肽的吸附行为，比表面积越大的材料能够提供与多肽分子发生相互作用的位点更多，使材料总表面能更大，更加利于增大对多肽的吸附量。

(4)多肽间的相互作用

在高浓度或者复杂的多肽溶液中，其多肽分子自身之间也会发生相互作用，这样使得吸附行为更加的复杂。