一種二氧化鈦納米線/二維層狀碳化鈦復(fù)合材料的制備方法
【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納米線/ 二維層狀碳化鈦復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二維層狀納米碳化物是一種類石墨烯結(jié)構(gòu)的材料，它由三元層狀化合物經(jīng)選擇性腐蝕得到。近年來，該材料因其導(dǎo)電性強(qiáng)、柔韌性好、擴(kuò)散系數(shù)低，電容量高，且具有單層原子薄片結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)受到了研究人員的廣泛關(guān)注。研究表明，二維層狀納米碳化鈦在電化學(xué)電容器、鋰電池、Pb原子吸附、儲(chǔ)氫和貴金屬催化劑載體等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。
[0003]二氧化鈦在太陽能電池、光催化、光解水、傳感器、涂料、功能陶瓷、高檔油漆等方面有廣闊的應(yīng)用。因?yàn)楣馍d流子能在一維納米線結(jié)構(gòu)的二氧化鈦軸向進(jìn)行長距離的迀移，而且更容易從內(nèi)部迀移到表面，減少了空穴和電子復(fù)合的幾率，可以提高其應(yīng)用于光催化、光解水和太陽能電池時(shí)的效率。二氧化鈦納米線直徑很細(xì)，量子化效應(yīng)出現(xiàn)，使二氧化鈦的能帶寬度加大，具有更強(qiáng)的氧化還原能力，具有大的比表面積，較強(qiáng)的吸附能力，這些都有助于一■氧化欽光電性能提尚。
[0004]單一的二維納米MXene-Ti3C2比表面積小，形貌單一，親水性差，光催化降解難度大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]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納米線/ 二維層狀碳化鈦復(fù)合材料的制備方法，具有工藝過程簡單、易于操作控制、成本低、無污染、合成二氧化鈦納米線直徑小、分布均勻的特點(diǎn)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種納米線型二氧化鈦/ 二維層狀碳化鈦復(fù)合材料的制備方法，包括下述步驟:
[0008]步驟一，細(xì)化粉體
[0009]利用高能球磨細(xì)化純度大于97wt%的三元層狀Ti3AlC2陶瓷粉體混料，球磨條件:球石、混料及球磨介質(zhì)的質(zhì)量比為10:1: 1，球磨轉(zhuǎn)速為400r/min，高能球磨時(shí)間為lh?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11#1(:2陶瓷粉體；
[0010]步驟二，二維層狀納米材料MXene-Ti3C2的制備
[0011]將步驟一中所得Ti3AlCjlg瓷粉體浸沒在HF酸溶液中，其中2g?lOgTi 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Ti3AlC2陶瓷粉體進(jìn)行腐蝕處理后，用去離子水離心清洗至pH為5?7，將所得固體樣品室溫干燥，得到二維層狀納米材料MXene-Ti3C2;
[0012]步驟三，水熱處理
[0013]取步驟二所得二維層狀納米材料MXene-Ti3C2200 ?300mg，P25 8 ?10mg，lOmol/L的NaOH 50?70ml，置于水熱釜中在130?180°C下反應(yīng)18?24h，然后用去離子水清洗，最后在40?60°C烘干，即得納米線型Ti02/MXene_Ti3C2納米復(fù)合材料；其T1 2納米線直徑小于10nm，MXene_Ti3C2層片厚度約為50nm。
[0014]所述的球磨介質(zhì)為無水乙醇。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
[0016]在酸溶液中腐蝕處理后，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，一定溫度和PH下使表面Ti終端發(fā)生氧化反應(yīng)，從而得到納米線型Ti02，負(fù)載1102納米線到二維層狀材料MXene-Ti3C2上，復(fù)合材料的比表面積更大，并且具有T1 2的一些特性，如光催化降解、親生物性，形貌多樣等，因此納米線型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、光催化、廢水處理等領(lǐng)域的應(yīng)用，做好了前驅(qū)物的制備工作。
[0017]將11#1(:2在HF酸中進(jìn)行化學(xué)刻蝕，使A1被選擇性刻蝕掉，形成一種二維層狀材料MXene-Ti3C2，然后水熱處理，在二維層狀材料MXene-Ti3C2上負(fù)載納米線型T1 2，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，納米線型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。
【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負(fù)載納米線型氧化鈦后的樣品在不同放大倍率下的SEM圖；圖2a為11#1(:2粉體的腐蝕產(chǎn)物MXene-Ti 3C2負(fù)載納米線型氧化鈦后的樣品在2.00um放大倍率下的SEM圖；圖2b為Ti3AlC^體的腐蝕產(chǎn)物MXene-Ti 3C2負(fù)載納米線型氧化鈦后的樣品在1.00um放大倍率下的SEM圖；圖2c為Ti3AlC2粉體的腐蝕產(chǎn)物MXene-Ti3C2負(fù)載納米線型氧化鈦后的樣品在500nm放大倍率下的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0021]實(shí)施例1
[0022]1)細(xì)化粉體
[0023]利用高能球磨細(xì)化純度大于97wt%的三元層狀Ti3AlC^瓷粉體，球磨條件:球石、混料及無水乙醇的質(zhì)量比為10:1: 1，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，得到粒徑為10±2 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!141(:2晶體，且雜質(zhì)含量極少。
[0024]2) 二維層狀納米材料MXene_Ti3C2的制備
[0025]將步驟1)中所得Ti3AlCjlg瓷粉體浸沒在HF酸溶液中，其中5g Ti #1(:2粉體浸沒在100mL質(zhì)量濃度40wt% HF酸溶液中反應(yīng)48h ;磁力攪拌，對Ti3AlC2陶瓷粉體進(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 3A1CJJ射峰的變化，與理論計(jì)算的XRD衍射圖譜對比，成功地得到MXene-Ti3C2粉體物相。
[0026]3)水熱處理
[0027]取步驟2)所得二維層狀納米材料 MXene-Ti3C2 300mg，P25 10mg，10mol/L 的 NaOH60ml，置于水熱釜中在180°C下反應(yīng)24h，用去離子清洗，干燥，然后在50°C烘干。即得納米線型Ti02/MXene-Ti3C2納米復(fù)合材料。見圖1，其中XRD圖譜表明了納米線型T1 2晶體成功地負(fù)載到MXene-Ti3C2粉體上。見圖2，其中SEM圖顯示了 T1 2/MXene_Ti3C2復(fù)合材料的微觀形貌，其打02納米線直徑小于10nm，且分布均勻，很好地負(fù)載到MXene-Ti 3C2二維層狀納米材料上，形成新奇的銳鈦礦型Ti02/MXene_Ti3C2納米復(fù)合材料。
[0028]實(shí)施例2
[0029]1)細(xì)化粉體
[0030]利用高能球磨細(xì)化純度大于97wt%的三元層狀11#1(:2陶瓷粉體，球磨條件:球石、混料及無水乙醇的質(zhì)量比為10:1:1，球磨轉(zhuǎn)速為400r/min，高能球磨時(shí)間為2h，然后將所得固