顆粒狀二氧化錫/二維納米碳化鈦復(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及其應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及顆粒狀二氧化錫/二維納米碳化鈦復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二維層狀納米碳化物MXene_Ti3C2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(yáng)能電池、氣體傳感器等方面得到了廣泛的應(yīng)用，但是二維層狀納米碳化物MXene-Ti3C2F易直接合成，而由Ti3AlC2陶瓷粉體作為前驅(qū)物來制備則成為一種簡(jiǎn)單易行的方法。
[0003]三元層狀Ti3AlC2材料擁有特殊的晶體結(jié)構(gòu)，Ti與C之間為典型的強(qiáng)共價(jià)鍵，A1原子層內(nèi)部及A1原子與Ti之間為弱金屬鍵，而且，其中的A1易于被腐蝕處理除去而得到二維層狀類石墨烯結(jié)構(gòu)的Ti3C2,在此上負(fù)載金屬氧化物，則可以實(shí)現(xiàn)材料多種功能與結(jié)構(gòu)的復(fù)合。
[0004]錫的氧化物因?yàn)榫哂懈弑热萘亢偷颓朵囯妱?shì)而倍受關(guān)注，曾被認(rèn)為是碳負(fù)極材料最有希望的代替物，但它也存在一些缺點(diǎn)，如首次充放電過程中體積膨脹高達(dá)50%以上，循環(huán)期間鋰離子的反復(fù)嵌入與脫出過程中易出現(xiàn)“粉化“和”團(tuán)聚”現(xiàn)象，這些都導(dǎo)致錫的氧化物電化學(xué)性能迅速下降，從而限制了它在鋰離子電池中的廣泛應(yīng)用。
[0005]馬維克等人制備石墨烯基二氧化錫納米復(fù)合材料并研究了其電化學(xué)性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明石墨烯基二氧化錫作為鋰離子電池負(fù)極材料的充放電容量明顯提高(馬維克.Sn02/石墨烯復(fù)合材料電化學(xué)性能研究[D].燕山:燕山大學(xué)，2011.) ;Zhu等人采用水熱法制備出Sn02/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)于單一的石墨稀材料(Yun Guang Zhu,Ye Wang,Jian Xie，Gao_Shao Cao，Tie_Jun Zhu,XinbingZhao,Hui Ying Yang,Effects of Graphene Oxide Funct1n Groups on Sn02/GrapheneNanocomposites for Lithium Storage Applicat1n,[J].Electrochimica Acta.154(2015)338-344.).但上述研究均是將Sn02負(fù)載在石墨稀上，石墨稀不能有效緩解Sn02的體積效應(yīng)，且在Li+脫嵌過程中容易損壞。本發(fā)明選用MXene-Ti3C2 二維層狀材料負(fù)載Sn02，其中Ti與C之間為典型的強(qiáng)共價(jià)鍵，可以有效緩解Sn02的粉化團(tuán)聚等現(xiàn)象。改進(jìn)以上缺點(diǎn)，可使二氧化錫/ 二維層狀納米碳化鈦(MXene)復(fù)合材料，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】

[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供顆粒狀二氧化錫/二維納米碳化鈦復(fù)合材料的制備方法，通過水熱反應(yīng)將SnCl4.5H20在堿性環(huán)境下生成Sn02負(fù)載到MXene-Ti3C2納米材料表面，從而提供一種顆粒狀二氧化錫/ 二維納米碳化鈦(MXene)復(fù)合材料的制備方法;首先將合成并處理后的Ti3AlC2粉體在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，然后在二維層狀材料MXene_Ti3C2上負(fù)載Sn〇2，使MXene-Ti3Cd^比表面更大，兼顧了 Sn02的優(yōu)點(diǎn)，如光催化性能，親生物性，形貌多樣等。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]顆粒狀二氧化錫/二維納米碳化鈦復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0009](1)按照專利ZL201310497696.9的方法首先制備出三元層狀Ti3AlC2陶瓷粉體，再將粉體高能球磨lh_4h，轉(zhuǎn)速400r/min，球料比10:1，細(xì)化粉體后40°C_60°C烘干，得到粒徑在8μπι-7 5μπι的T i 3A1C2陶瓷粉體；
[0010](2)將步驟(1)中所得Ti3AlC2陶瓷粉體取2g?10g在60°C條件下，浸沒在50mL?200mL 35wt%?45wt%氫氟酸溶液中反應(yīng)6h?120h;攪拌，將腐蝕產(chǎn)物用去離子水離心清洗，直至離心上清液pH在5?6之間；然后用無水乙醇清洗2?4次;將所得固體樣品干燥，得到二維層狀納米材料MXene_Ti3C2 ；
[0011](3)將SnCl4.5H20、葡萄糖以及步驟(2)所得二維納米MXene-Ti3C2混合，Sn4+與葡萄糖的摩爾比為3:1，SnCl4.5H20與二維納米MXene-Ti3C2質(zhì)量比為2: 1，以乙醇作為溶劑，用ΝΗ3.H20調(diào)節(jié)PH至12-14，用磁力攪拌2h，將混合液加入聚四氟乙烯反應(yīng)釜反應(yīng)120°C，6h，自然冷卻至室溫后，離心20min水洗3次，隨后50°C烘干12h，即可得到Sn02/MXene-Ti3C2復(fù)合材料。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于利用一步水熱反應(yīng)，使得Sn02均勻負(fù)載在MXene-Ti3C2上，制備得到形貌多樣的31102/1?6116-113(:2復(fù)合材料。并且51102/1?6116-1^3(:2復(fù)合材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，其首次放電容量可高達(dá)1030mAh g—1，使得二維層狀納米材料MXene_Ti3C2在鋰離子電池的應(yīng)用方面打開了一個(gè)新局面，其良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性能發(fā)揮了巨大的作用。
[0013]本發(fā)明選用MXene-Ti3C2二維層狀材料負(fù)載Sn02，其中Ti與C之間為典型的強(qiáng)共價(jià)鍵，可以有效緩解Sn02的粉化團(tuán)聚等現(xiàn)象。有效地提高電容量，使其首次充放電容量高達(dá)1030.1mAh g—1。相比于前人的工作都有明顯的改善，可使二氧化錫/ 二維層狀納米碳化鈦(MXene)復(fù)合材料，有望在鋰離子電池、超級(jí)電容器等領(lǐng)域有更好的應(yīng)用。
【附圖說明】
[0014]圖1為Ti3AlC2粉體腐蝕處理后，及腐蝕產(chǎn)物MXene-Ti3C2負(fù)載Sn02樣品的XRD圖譜。
[0015]圖2(a)為Ti3AlC2粉體顆粒的SEM圖，圖2(b)為腐蝕處理后MXene_Ti3C2的SEM圖，圖2(c)為Sn02/MXene-Ti3C2納米復(fù)合材料的SEM圖，圖2(d)為Sn02/MXene-Ti3C2納米復(fù)合材料的的局部高倍SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下通過具體實(shí)施方案進(jìn)一步描述本發(fā)明，本發(fā)明也可通過其它的不脫離本發(fā)明技術(shù)特征的方案來描述，因此所有在本發(fā)明范圍內(nèi)或等同本發(fā)明范圍內(nèi)的改變均被本發(fā)明包含。
[0017]實(shí)施例一
[0018]本實(shí)施例包括以下步驟:
[0019](1)采用真空燒結(jié)的方法制備出高純度的三元層狀Ti3AlC2陶瓷粉體，然后高能球磨粉體4h，轉(zhuǎn)速400r/min，球料比10:1，細(xì)化粉體后60°C烘干。從圖2(a)中SEM圖顯示了Ti3AlC2晶體的微觀形貌，可以看出其晶粒尺寸大小約為8μπι，及其明顯的層狀結(jié)構(gòu)；
[0020](2)將步驟(1)中所得粉體2g