[发明专利]一种碱液刻蚀制备MXene量子点的方法

说明书

本发明涉及一种碱液刻蚀制备MXene量子点的方法，属于半导体材料领域。该方法包括：称量MAX相、碱性化合物以及水备用；将碱性化合物溶于水，形成碱性溶液；将MAX相加入碱性溶液，室温条件下放置，形成浑浊液；将步骤3得到的浑浊液进行离心并通过过滤器抽滤，得到含MXene量子点的碱性溶液；对含MXene量子点的碱性溶液进行透析，除去溶液中碱性离子以及金属离子；将有机溶剂与MAX相混合搅拌，制备出MXene量子点。该方法制备过程简单、环境友好、成本低，消耗时间短且适合大规模生产；并且经过过证明对于MAX材料具有普适性。

技术领域

本发明属于半导体材料领域，具体涉及一种碱液刻蚀制备MXene量子点的方法，采用碱溶液常温浸泡进行制备。

背景技术

随着石墨烯被发现，超薄二维纳米材料得到了飞速的发展，尤其是二维过度金属碳化物、氮化物以及碳氮化物。二维MXene材料因为其优异的导电性，并且由于片层上面连接着大量的-OH，-F,以及含氧基团，因此MXene具有良好的亲水性。由于其可以将导电性和亲水性完美的结合起来，因此被广泛的运用于催化、储能、光电，生物等领域。但是传统MXene量子点的制备方法大多数都是由前驱体MXene通过水热反应在高温高压下将层状结构的MXene切割成量子点。然而从MAX相剥离出金属相二维材料使用的刻蚀剂往往是以酸性环境系以F离子为核心，刻蚀出MAX相中的Al原子层。但是高浓度的HF，以及酸性环境下的氟化物对环境污染以及人体危害较大，因此寻找一种无F体系制备量子点显得十分有意义。

MXenes被称为过渡金属碳化物或碳化物，他们的通式为M_N+1X_NT_X,其中M为过渡金属，X为氮或者碳，T_x为表面基团(比如羟基、F离子以及O离子等)。第一个被制备出量子点的MXene材料为Ti₃C₂,其量子点尺寸可以用通过反应温度，制备量子点使用的溶剂来调控。

发明内容

本发明直接通过碱性溶液将MAX相中的Al原子层刻蚀掉，碱溶液中的阳离子可以插层替换出Al原子，并且碱性溶液的强腐蚀性可以将MAX破碎成小片层的量子点。

针对现有刻蚀方法大多使用使用含F体系，对于量子点的性能影响较大，以及对于环境和人体的危害较大的缺陷，本发明的目的在于提供直接从MAX中制备出量子点的制备方法，所述方法制备过程简单、环境友好、成本低，消耗时间短且适合大规模生产；并且经过过证明对于MAX材料具有普适性。

根据本发明的第一方面，提供一种碱液刻蚀制备MXene量子点的方法，所述方法通过碱液法对MAX相中两性元素Al进行刻蚀，以及依靠碱性溶液的腐蚀性和阳离子的插层作用，从MAX相直接制备出不含有F离子的MXene量子点。

进一步的，所述方法包括：

步骤1：称量MAX相、碱性化合物以及水备用；

步骤2：将碱性化合物溶于水，形成碱性溶液；

步骤3：将MAX相加入碱性溶液，室温条件下放置，形成浑浊液；

步骤4：将步骤3得到的浑浊液进行离心并通过过滤器抽滤，得到含MXene量子点的碱性溶液；

步骤5：对含MXene量子点的碱性溶液进行透析，除去溶液中碱性离子以及金属离子；

步骤6：将有机溶剂与MAX相混合搅拌，制备出MXene量子点。

进一步的，所述碱性化合物为KOH、NaOH、LiOH或氨水。

进一步的，所述步骤3在室温条件下放置过程中辅助以搅拌操作。

进一步的，所述步骤4中离心条件为1000～5000rpm离心5～20min。

进一步的，所述步骤4中过滤器孔径为0.22～0.80μm。