[发明专利]一种二维结构复合材料的制备方法

说明书

本公开提供了一种二维结构复合材料的制备方法，采用球磨机对二维层状碳化钛进行球磨获得。当球磨机的转速为100～300r/min时，能够将二维层状碳化钛制备成二维结构二氧化钛/碳化钛复合材料；当球磨机的转速为400～600r/min时，能够将二维层状碳化钛制备成二维结构二氧化钛/碳复合材料。本公开的制备方法步骤简单、能耗较低，并且无二次污染。

技术领域

本公开属于无机功能复合材料制备领域，涉及一种二维结构复合材料的制备方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。

TiO₂因其出色的化学稳定性、无毒、低成本和环保等特性而作为光催化剂得到了广泛的研究，并将其拓展应用于锂电池、传感器、氢产出、能量存储、太阳能电池和生物医学等领域。然而，TiO₂纳米材料因其具有高的光生电子-空穴对复合速率和低的量子效率，阻碍了其作为光催化剂的应用。目前，大量的策略被研究用来降低光生载流子的复合，包括金属和非金属掺杂、燃料敏化、构建复合材料等。

据本公开发明人所知，关于二维结构TiO₂/MXene复合材料的构建主要是以MXene(Ti₃C₂或Ti₂C等)为前驱体，经水热或高温煅烧使其氧化为二维复合材料。例如：Low等利用HF刻蚀具有层状结构的Ti₃AlC₂中Al层制备了Ti₃C₂纳米片，经高温煅烧得到了TiO₂/Ti₃C₂复合材料(J.X.Low,L.Y.Zhang,T.Tong,B.J.Shen,J.G.Yu.J.Catal.,2018,361:255-266)。Peng等以HF刻蚀制备的Ti₃C₂纳米片为前驱体，经水热氧化过程得到了暴露(001)晶面TiO₂纳米片/Ti₃C₂复合材料(C.Peng,X.F.Yang,Y.H.Li,H.Yu,H.J.Wang,F.Peng.ACSAppl.Mater.Interfaces,2016,8(9):6051-6060)。同时，中国专利CN104529455A公开了一种二氧化钛/二维层状碳化钛复合材料的低温制备法，以HF刻蚀制备的Ti₃C₂纳米片为前驱体，将其放在鼓风干燥箱里，在50～100℃保温24～120h进行热处理，得到了TiO₂/Ti₃C₂复合材料。经本公开发明人研究发现，这些制备过程较为复杂，制备过程中需要提供较高的能量，能耗较高，不利于节约成本。

据本公开发明人所知，基于碳化钛原位氧化制备二氧化钛/碳复合材料的过程，主要是通过水热处理或高温煅烧使其氧化为复合材料，如Jia等以氢氟酸刻蚀、插层和离心得到的碳化钛上层清液为前驱体，经水热处理制备了二氧化钛/碳复合材料(G.R.Jia,Y.Wang,X.Q.Cui,W.T.Zheng.ACS Sustainable Chem.Eng.,2018,6(10):13480-13486)。经本公开发明人研究发现，此过程构建的复合材料，导致了二维结构的坍塌。Yuan等也以碳化钛为前驱体，在空气气氛下，通过高温煅烧制备了二氧化钛/碳复合材料(W.Y.Yuan,L.F.Cheng,Y.R.An,S.L.Lv,H.Wu,X.L.Fan,Y.N.Zhang,X.H.Guo,J.W.Tang.Adv.Sci.,2018,5(6):1700870(1)-1700870(10))。另外，中国专利公开号为CN106229485A公开了一种由二维层状过渡金属碳化物MXene原位制备过渡金属氧化物/碳复合材料的方法，以二维过渡金属碳化物为前驱体，在水热条件下以过硫酸铵为氧化剂直接将其氧化为二维层状结构过渡金属氧化物/碳复合材料。经本公开发明人研究发现，这些制备过程需要提供较高的能量，能耗较高，不利于节约成本，以及制备过程较为繁琐。

发明内容