[发明专利]一种离子液体共价键合固载MXene的方法及其产物

说明书

本发明属于纳米功能材料领域，公开了一种离子液体共价键合固载MXene的方法及其产物。将含有‑OH，‑F，‑O端基的MXene材料加入含有不饱和双键的离子液体单体溶液，将离子液体通过电离辐射技术共价键合固载到MXene材料表面，经过洗涤和离心制得一系列含有不同结构离子液体共价键合固载MXene材料。本发明涉及的制备方法在常温下即可反应，无需催化剂、反应快、易控制、能耗低。用本方法解决了MXene纳米片堆积的问题，丰富MXene纳米片的活性位点种类或增加其化学有效活性面积。合成的MXene复合材料，维持了MXene材料的纳米结构，同时具有MXene和离子液体的优点，在能量存储、催化、传感和吸附方面具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米功能材料领域，更具体地，涉及一种离子液体共价键合固载MXene的方法及其产物。

背景技术

二维过渡金属碳化物和氮化物(MXene)，在特定的化学环境选择性地腐蚀MAX相的A原子层得到，表面有-OH、-O、-H、-F等终端官能团，其结构与石墨烯类似，具有较大的比表面积，优异的化学性能，良好的导电性、路易斯-酸性，被广泛应用在能量存储/转换、光/电催化、化学传感、静电屏蔽和吸附方面。但是，MXene片层结构很容易发生再堆叠现象，导致活性表面积的大量损失，影响了离子在层间的扩散，从而限制了其应用。

近期，中国专利CN 109449002 A公开了用γ射线或电子束对Ti3C2Tx水分散液直接辐照，进行表面改性。改性的Ti3C2Tx材料具有褶皱结构和无定型碳，有助于提高其活性比表面积从而提高其电容性能。中国专利CN110760075A公布了一种利用γ射线或电子束引发辐射聚合的方法制备得到Ti₃C₂T_x复合双网络水凝胶，其中Ti₃C₂T_x作为添加剂，其高度应变依赖电阻特性赋予了Ti₃C₂T_x复合双网络水凝胶高灵敏度的应变传感器性能。但这些研究中利用辐射技术对MXene的改性相对单一，仅涉及MXene本身改性及其作为一种添加剂，不能满足不同的用途。用具有特定功能的单体通过共价键合的方式改性MXene材料需要被进一步研究。

离子液体(ILs)是一种在室温条件下只由离子组成的液态物质，具有可忽略的蒸汽压力，可调节的溶解度和高热稳定性。而且，可通过改变阴阳离子的种类或者结构来调变其物理化学性质得到功能化离子液体。离子液体改性MXene材料已经有研究报道。中国发明专利CN 108379876 A公开了一种利用静电作用将功能化离子液体与MXene材料混合得到吸附剂，该方法反应时间长，离子液体与MXene之间结合力弱，容易流失。孙义鸣等人(EnergyStorage Science and Technology，2095-4239(2019)01-130-08)报道了以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐作为杂原子掺杂的氮源和硼源，通过不同温度热处理，得到新型的N、B掺杂MXene(N，B-Ti₃C₂T_x)作为超级电容器的电极材料。但是该方法操作复杂，反应时间长。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种离子液体共价键合固载MXene的方法及其产物，解决了MXene材料易于再堆积、活性位点少的技术问题，并克服了现有改性方法能耗高、操作复杂等缺点。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种离子液体共价键合固载MXene的方法，包括

制备MXene材料纳米片分散液；

将所述MXene材料纳米片分散液进行超声并除氧密封，加入含有不饱和双键的离子液体单体混合，进行辐射接枝反应；

将所述辐射接枝反应所得的产物进行离心和洗涤，得到离子液体共价键合固载MXene材料。