[发明专利]一种高效制备薄层MXene的方法

说明书

本发明公开一种高效制备薄层MXene的方法，涉及MAX材料技术领域，是将已经刻蚀后的MAX原材料分散于剥离溶液中，在室温下振荡剥离后，冷冻干燥，即可得到少层MXene二维纳米片层材料。本发明创造性的使用新型的剥离材料，实现了薄层MXene高效的剥离，提高了产率，极大地降低了成本，同时进一步提高MXene的稳定性。

技术领域

本发明涉及MAX材料技术领域，尤其涉及到MXene的制备方法。

背景技术

MXene作为一种新型的过渡金属二维(2D)纳米材料，其化学式为M_n+1X_n(M为过渡金属元素，X为碳或氮元素，n＝1，2，3)。MXene材料具有优异的导电性，同时因其表面含有大量的官能团(-F，-OH，-O)，使得MXene也具有了良好的亲水性。因为这些独特的物理化学性质，自2011年问世以来MXene便被广泛应用于催化，储能，传感器，水处理等领域。

目前MXene的常规制备方法包括酸刻蚀法(氢氟酸或相应的氟盐)，碱刻蚀法以及高温熔盐法等。采取合适的刻蚀剂将原材料MAX中的A层元素(Al，Si等)刻蚀，然后通过振荡剥离即得到二维薄层MXene纳米片层。但在制备过程中，简单的振荡难以有效的将纳米片完全剥离，同时剥离的二维纳米片层又极易在范德华力的作用下发生不可逆的堆叠和团聚，导致薄层MXene产率极低，价格昂贵，无法商业化应用。

发明内容

基于薄层MXene产率低的问题，本发明创造旨在提出一种高效制备薄层MXene材料的方法，以克服现有技术中的不足。

本发明的另一目的在于提供薄层MXene二维材料的用途。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种高效制备薄层MXene的方法，其具体过程是：将A层元素(Al,Si等)已经被刻蚀的MAX块体材料分散于一定量的剥离溶液中，振荡剥离后，冷冻干燥即可获得高产率的薄层MXene二维材料。

进一步的，所述的一种高效制备薄层MXene的方法，其剥离溶液为包括碳纳米管、壳聚糖、聚丙烯酰胺的水溶液。

进一步的，所述的一种高效制备薄层MXene的方法，其剥离溶液的浓度为0.01-100mg/mL。

进一步的，所述的一种高效制备薄层MXene的方法，所添加剥离材料和待剥离的MAX材料的质量比为1％到100％。其最优比例为2％-20％。

进一步的，所述的一种高效制备薄层MXene的方法，其振荡时间为0.1h-10h。

进一步的，所述的一种高效制备薄层MXene的方法，其片层的厚度为1.5-100nm，片层结构尺寸为0.1-10μm。

本发明的另一方面，提供薄层MXene二维材料在制备储能材料、复合纳米材料、润滑材料、吸附材料或者催化剂中的用途。

相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：

(1)本发明创造所述的一种高效制备薄层MXene的方法，其原理是利用剥离材料的流变特性与粘性，将块状的MAX进行高效剥离，得到薄层MXene二维纳米片材料。

(2)本发明创造所述的一种高效制备薄层MXene的方法，开创性地使用新型的剥离材料，剥离材料具有来源广泛、易获得、成本低的优势，可以极大的降低薄层MXene二维纳米片材料的制备成本。

(3)本发明创造所述的一种高效制备薄层MXene的方法，所用的剥离材料的表面基团(氨基，羟基等)可以与MXene表面的金属原子配位，防止过渡原子被氧化，进而提高MXene的稳定性。

(4)本发明创造所述的一种高效制备薄层MXene的方法，反应条件温和，操作简单，环境友好，可实现高产率，利于大规模生产，提高MXene的应用前景。