本發(fā)明涉及納米材料，尤其是涉及一種納米級(jí)單分散mxene材料的制備方法。

背景技術(shù)：

1、mxene是一種類石墨烯二維材料，通常是通過從mn+1axn相中選擇性地蝕刻出a層來制備的。三元max相的結(jié)構(gòu)可以描述為二維mn+1axn由a層交錯(cuò)的亞晶格，其中m是早期過渡金屬，a為第三或四主族元素，x是c、n中的至少一種。max是一種層狀結(jié)構(gòu)材料，max相具有六方層狀結(jié)構(gòu)，由mx層和a原子層交替排列組成，m-x之間主要是混合共價(jià)/金屬鍵特性，m-a鍵是金屬鍵特性，鍵性較弱，在特定的化學(xué)環(huán)境下，可選擇性地腐蝕a原子層，形成穩(wěn)定的m-x層，表面吸附有-oh、-o、-f等終端官能團(tuán)，該二維材料即mxene。

2、常規(guī)max相原料的目數(shù)約為200目到500目不等，最常規(guī)為400目，橫向尺寸約為38μm。從max相刻蝕得到mxene，單片層尺寸約為5-30μm（微米級(jí)）。而對(duì)于一些對(duì)材料有尺寸要求的領(lǐng)域，如生物醫(yī)藥領(lǐng)域、納米藥物開發(fā)領(lǐng)域等，需要進(jìn)一步制備納米級(jí)mxene材料。目前制備納米級(jí)mxene材料多采用常規(guī)刻蝕方法，如酸刻蝕，得到單片層mxene之后再通過超聲或細(xì)胞粉碎后，分級(jí)離心，得到納米級(jí)單分散的mxene納米片。

3、中國(guó)專利申請(qǐng)202210035529.1公開了一種mxene及其制備方法與鋰離子電池負(fù)極，所述制備方法包括如下步驟：(1)混合max原料與刻蝕液，得到刻蝕mxene；(2)以二甲亞砜為助劑，將所得刻蝕mxene進(jìn)行濕法球磨，得到球磨mxene；(3)混合堿液與所得球磨mxene，在保護(hù)氣氛中超聲處理，得到所述mxene。該制備方法在制備mxene材料時(shí)，需要刻蝕20-25h，然后球磨10-15h，耗時(shí)長(zhǎng)。

4、中國(guó)專利申請(qǐng)202310428581.8一種mxene納米片的制備方法，通過緩沖助磨物質(zhì)輔助球磨快速剝離結(jié)合酸/堿性溶液刻蝕策略，高效率、高產(chǎn)率、規(guī)?；苽鋗xene納米片。所述方法包括如下步驟：(1)將三元max相前驅(qū)體材料、酸或堿性刻蝕溶液混合，獲得混合分散液a；(2)將分散液a、緩沖助磨材料和球磨球混合，球磨，獲得球磨分散液b；(3)用去離子水將球磨分散液b進(jìn)行離心洗滌，得到混合沉淀物c；(4)將混合沉淀物c分散于分散溶劑，超聲或渦旋震蕩，離心分離，獲得mxene納米片分散液。該制備方法球磨時(shí)間大約為12h。

5、現(xiàn)有技術(shù)存在以下問題：（1）刻蝕max獲得mxene過程耗時(shí)長(zhǎng)，如cr2alc獲得cr2c需反應(yīng)4天，mo4valc4獲得mo4vc4需反應(yīng)8天，此外球磨、刻蝕的時(shí)間均偏長(zhǎng)；（2）微米級(jí)mxene獲得納米級(jí)mxene過程產(chǎn)率較低且后處理耗時(shí)繁瑣，自上而下刻蝕得到微米級(jí)材料后再次粉碎，要重復(fù)多次分級(jí)離心步驟，最后獲得納米片；（3）超聲破碎法結(jié)合分級(jí)離心無法有效控制粒徑，獲得的mxene材料僅為納米級(jí)或微米級(jí)，如100-500nm、1-3μm等，粒徑分布范圍較大。

6、有鑒于此，本發(fā)明提出一種有效控制mxene材料粒徑大小分布且減少制備時(shí)間的方法，解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種納米級(jí)單分散mxene材料的制備方法，可以有效控制mxene材料粒徑大小和分布，減少制備時(shí)間，提高制備效率。

2、為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

3、一種納米級(jí)單分散mxene材料的制備方法，包括以下步驟：

4、（1）一級(jí)球磨：max相原料和分散劑混合，得混合液，所述混合液用0.5-1.0mm的鋯珠，在2400-3200轉(zhuǎn)/min下球磨2-5h，得原料1；

5、（2）二級(jí)球磨：將步驟（1）所得原料1用0.15-0.45mm的鋯珠，在2400-3200轉(zhuǎn)/min下球磨1-4h，得原料2；

6、（3）蝕刻處理：將步驟（2）所得原料2采用濕法酸刻蝕或氣相法刻蝕，得所述納米級(jí)單分散mxene材料。

7、優(yōu)選地，步驟（1）中，所述max相原料選自ti3alc2、ti2alc、cr2alc、v2alc、nb2alc、v4alc3、nb4alc3、mo2ga2c、ti3snc2、mo4valc4中的至少一種。

8、優(yōu)選地，步驟（1）中，所述max相原料的目數(shù)為200-600目，進(jìn)一步優(yōu)選為200目。

9、優(yōu)選地，步驟（1）中，所述分散劑選自水、乙醇、n-甲基-2-吡咯烷酮（nmp）、二甲基亞砜（dmso）、n，n-二甲基甲酰胺（dmf）中的至少一種，進(jìn)一步優(yōu)選為水或乙醇。

10、優(yōu)選地，步驟（1）中，所述混合液的固含量為5-80%，進(jìn)一步優(yōu)選為40-60%，更進(jìn)一步優(yōu)選為50%。

11、優(yōu)選地，步驟（1）中，所述max相原料和鋯珠的質(zhì)量比為1:0.8-5，進(jìn)一步優(yōu)選為1:1-3，最優(yōu)選為1:1.8。

12、優(yōu)選地，步驟（1）中，所述混合液用0.6-0.8mm的鋯珠，在2600-3000轉(zhuǎn)/min下球磨2-4h。

13、進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟（1）中，所述混合液用0.6-0.8mm的鋯珠，在2800轉(zhuǎn)/min下球磨3h。

14、優(yōu)選地，步驟（1）、步驟（2）中，所述鋯珠的材質(zhì)選自95氧化鋯、65氧化鋯球、釔穩(wěn)定氧化鋯珠、鈰穩(wěn)定氧化鋯珠、80鋯珠和硅酸鋯珠中的至少一種，更進(jìn)一步優(yōu)選為95氧化鋯。

15、優(yōu)選地，步驟（2）中，將步驟（1）所得原料1用0.3-0.4mm的鋯珠，在2600-3000轉(zhuǎn)/min下球磨1-3h。

16、進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟（2）中，將步驟（1）所得原料1用0.3-0.4mm的鋯珠，在2800轉(zhuǎn)/min下球磨2h。

17、優(yōu)選地，步驟（3）中，所述濕法酸刻蝕包括步驟：向原料2中通入hcl氣體，600-800℃保溫20-40min。

18、進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟（3）中，所述濕法酸刻蝕包括步驟：向原料2中通入hcl氣體，700℃保溫30min。

19、優(yōu)選地，步驟（3）中，所述氣相法刻蝕包括步驟：將原料2浸于氟化鋰和鹽酸的混合物中，攪拌，同時(shí)進(jìn)行超聲波浴處理，取上清液，重復(fù)離心直至上清液ph為5.8-6.2。

20、本發(fā)明中，術(shù)語“超聲波浴處理”是指超聲波清洗機(jī)處理，由于超聲波清洗機(jī)都包括一個(gè)用于水和清潔物品的聲波浴，所以，稱該處理方式為中。作為舉例，超聲波浴處理中，超聲功率為40/80khz，時(shí)間為30min，溫度為室溫。

21、進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟（3）中，所述氣相法刻蝕包括步驟：

22、將原料2浸于20ml氟化鋰和鹽酸的混合物在室溫下3小時(shí)，在室溫下攪拌24-30h，同時(shí)進(jìn)行超聲波浴處理，取上清液，加入水，3500?rpm離心5?min，重復(fù)直至上清液ph為5.8-6.2。

23、本發(fā)明的有益效果為：

24、本發(fā)明提供一種納米級(jí)單分散mxene材料的制備方法，通過選擇特定粒徑的max相原料，并通過二級(jí)球磨工藝，選擇特定的球磨參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)粒徑的良好控制，并極大促進(jìn)后續(xù)蝕刻處理，顯著縮短了納米級(jí)單分散mxene材料的制備時(shí)間，提高了材料品質(zhì)。