一種二氧化鈦/二維層狀碳化鈦復(fù)合材料的低溫制備法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種二氧化鈦/ 二維層狀碳化鈦復(fù)合材料的低溫制備法。
【背景技術(shù)】
[0002]三元層狀陶瓷材料Ti3AlCjP石墨結(jié)構(gòu)上有著相似之處。緊密堆積的過渡金屬原子Ti的八面體層被一平面層Al原子分隔，且每三層就有一 Al原子層，Ti八面體中心為碳原子，Ti與C原子之間形成八面體，C原子位于八面體的中心，Ti原子和C原子之間為強(qiáng)共價(jià)鍵結(jié)合，使得材料具有高彈性模量；而Ti原子和Al族平面之間為弱結(jié)合，與石墨層間范得華力的弱鍵結(jié)合相似，使得材料具有層狀結(jié)構(gòu)和自潤滑性。
[0003]Ti3AlC2是一種特殊的金屬與陶瓷之間的復(fù)合物，同時(shí)兼具有金屬和陶瓷的優(yōu)良性能。這類化合物既具有金屬性能，在常溫下，有很好的導(dǎo)熱性能和導(dǎo)電性能，有較低的維氏顯微硬度和較高的彈性模量和剪切模量，可以進(jìn)行機(jī)械加工，并在較高溫度下具有塑性；同時(shí)又具有陶瓷的性能，有較高的屈服強(qiáng)度，高熔點(diǎn)，高熱穩(wěn)定性和良好的抗氧化性。
[0004]二維層狀納米碳化物是一種類石墨烯結(jié)構(gòu)的材料，超薄二維納米片由于其獨(dú)特的形貌結(jié)構(gòu)、較小的顆粒尺寸、較大的表面體積比和原子級(jí)的層片厚度而具有超強(qiáng)的催化性能、光伏性能和電化學(xué)性能，在功能陶瓷、光催化、鋰離子電池、太陽能電池、生物傳感器等方面得到了廣泛的應(yīng)用。
[0005]納米二氧化鈦具有十分寶貴的光學(xué)性質(zhì)，在汽車工業(yè)及諸多領(lǐng)域都顯示出美好的發(fā)展前景。納米二氧化鈦具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、無毒性等，被廣泛應(yīng)用于抗紫外材料、光催化觸媒、鋰電池等中。
[0006]周等人制備石墨烯基二氧化鈦納米復(fù)合材料并研宄了其光催化活性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，石墨烯基二氧化鈦的光催化活性明顯增強(qiáng)；Michael Naguib等人采用水熱和快速氧化等方法制備出了 Ti02/graphite納米復(fù)合材料，并表明其在鋰離子電池、光催化等方面的性能都優(yōu)于單一的二維納米MXene-Ti3C2。
[0007]因此，銳鈦礦型二氧化鈦/ 二維層狀納米碳化鈦(MXene-Ti3C2)復(fù)合材料，將有望在光催化、廢水處理、鋰離子電池、超級(jí)電容器、生物傳感器等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種二氧化鈦/ 二維層狀碳化鈦復(fù)合材料的低溫制備法，將11#1(:2在HF酸中進(jìn)行化學(xué)刻蝕，使Al被選擇性刻蝕掉，形成一種二維層狀材料MXene-Ti3C2，然后低溫氧化處理，在二維層狀材料MXene-Ti3C2上負(fù)載T12,使層狀材料的比表面積增大，并且使材料具有光催化降解、親生物性，形貌多樣等特性，因此，Ti02/MXene_Ti3C2納米復(fù)合材料的性能更優(yōu)于單一的MXene-Ti 3C2，其應(yīng)用將更加廣泛。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0010]一種二氧化鈦/ 二維層狀碳化鈦復(fù)合材料的低溫制備法，包括下述步驟:
[0011]步驟一，細(xì)化粉體
[0012]利用高能球磨細(xì)化純度大于97%的三元層狀11#1(:2陶瓷粉體，球磨條件:球石，混料及球磨介質(zhì)的質(zhì)量比為10:1: 1，球磨介質(zhì)為無水乙醇，球磨轉(zhuǎn)速為400r/min，高能球磨時(shí)間為Ih?4h，然后將所得固液混料在40°C?60°C下烘干，得到粒徑在8 μπι-75 μπι的Ti3AlC_瓷粉體；
[0013]步驟二，二維層狀納米材料MXene-Ti3C2的制備
[0014]將步驟一中所得11#1(:2陶瓷粉體浸沒在HF酸溶液中，其中2g?1gTi 3A1C2粉體浸沒在50mL?200mL質(zhì)量濃度35wt%? 45wt% HF酸溶液中反應(yīng)6h?120h ;磁力攪拌，對(duì)三元層狀Ti3AlC2粉體進(jìn)行腐蝕處理后，用去離子水離心清洗至pH為5?6，將所得固體樣品室溫干燥，得到二維層狀納米材料MXene-Ti3C2;
[0015]步驟三，低溫氧化
[0016]將步驟二所得MXene-Ti3C2放置在烘箱中鼓風(fēng)干燥處理，50°C?100°C，保溫24h?120h，即得Ti02/MXene_Ti3C2納米復(fù)合材料，其T12粒徑范圍約為lOOnm，MXene-Ti 3C2層片厚度約為50nmo
[0017]本發(fā)明的有益效果:在水溶液中腐蝕處理后，室溫干燥去除MXene-Ti3C2最外層的吸附水，而MXene-Ti3C2夾層間還儲(chǔ)存有大量物理吸附水分子和水溶液中的氧分子，低溫鼓風(fēng)處理，提高粉體表面自由能，使表面Ti終端發(fā)生氧化反應(yīng)，從而得到T12,負(fù)載T12到二維層狀材料MXene-Ti3C2上，復(fù)合材料其比表面積更大，并且具有T1 2的一些特性，比如光催化降解、親生物性，形貌多樣等，因此Ti02/MXene-Ti3C2納米復(fù)合材料的性能更優(yōu)于單一的MXene-Ti3C2,其應(yīng)用將更加廣泛。為進(jìn)一步在超級(jí)電容器，鋰離子電池，生物傳感器，納米吸附劑等領(lǐng)域的應(yīng)用，做好了前驅(qū)物的制備工作。
【附圖說明】
[0018]圖1為11#1(:2粉體腐蝕處理前，腐蝕處理后，及腐蝕產(chǎn)物氧化的XRD圖譜。
[0019]圖2為11#1(:2粉體的腐蝕產(chǎn)物MXene-Ti 3C2在烘箱低溫80°C鼓風(fēng)烘干48h后的樣品SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0021]實(shí)施例1
[0022]步驟一，細(xì)化粉體
[0023]利用高能球磨細(xì)化純度大于97%的三元層狀11#1(:2陶瓷粉體，球磨條件:球石，混料及球磨介質(zhì)的質(zhì)量比為10:1: 1，球磨介質(zhì)為無水乙醇，球磨轉(zhuǎn)速為400r/min，高能球磨時(shí)間為4h，然后將所得固液混料在50°C下烘干，得到粒徑約為8 μ m的11#1(:2陶瓷粉體；見圖1，圖1中XRD圖譜說明了所得粉體的物相是Ti3AlC2晶體，且雜質(zhì)含量極少。
[0024]步驟二，二維層狀納米材料MXene-Ti3C2的制備
[0025]將步驟一中所得11#1(:2陶瓷粉體浸沒在HF酸溶液中，其中5gTi 3A1C2粉體浸沒在10mL質(zhì)量濃度40wt% HF酸溶液中反應(yīng)48h ;磁力攪拌，對(duì)三元層狀Ti3AlC2粉體進(jìn)行腐蝕處理后，用去離子水離心清洗至pH為5?6，將所得固體樣品室溫干燥，得到二維層狀納米材料MXene-Ti3C2;見圖1，其中XRD圖譜表明了 Ti 3AlCji射峰的變化，與理論計(jì)算的XRD衍射圖譜對(duì)比，成功地得到MXene-Ti3C2粉體物相。
[0026]步驟三，低溫氧化
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