[发明专利]一种聚多巴胺作为过渡层碳化钛原位生长CNTs三维复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种聚多巴胺作为过渡层碳化钛原位生长CNTs三维复合材料及其制备方法，将Ti₃C₂纳米粉体和盐酸多巴胺分别分散于超纯水中并混合均匀，在遮光条件下搅拌；再加入Tris‑缓冲液，在遮光条件下继续搅拌；将所得混合溶液分离、水洗和干燥，得到Ti₃C₂@PDA纳米粉体；将Ti₃C₂@PDA纳米粉体加入到超纯水中，分散均匀后再加入Co(NO₃)₂·6H₂O，搅拌反应；反应结束后再加入尿素，在恒定温度下持续搅拌蒸发掉水分，得到前驱体粉末；将前驱体粉末进行热处理，得到聚多巴胺作为过渡层碳化钛原位生长CNTs三维复合材料。本发明通过简单热解法成功制备出Ti₃C₂@PDA@CNTs三维复合材料。

【技术领域】

本发明属于纳米功能材料的制备技术领域，特别地涉及一种聚多巴胺作为过渡层碳化钛原位生长CNTs三维复合材料及其制备方法。

【背景技术】

最近，一类被称为MXene的材料的发现扩展了二维材料的族群，即过渡金属碳化物或碳氮化物，其结构与石墨烯类似。MXene材料可通过腐蚀除去MAX相中的A层元素，并保持原来的MX结构不变而获得，如Ti₃C₂、Ti₂C等。MXene以其高导电性、大比表面积、多层结构、良好的化学稳定性及环境友好性，在锂离子电池、超级电容器、光催化和传感器等领域有着很大的应用潜力。在吸附领域，Peng等研究表明碱金属插层的Ti₃C₂对有毒重金属Pb²⁺有优异的吸附性能，可用于有效地净化饮用水。Ti₃C₂的吸附性能与其表面丰富的活化羟基和大的比表面积密切相关，具有吸附量大，吸附速率快，灵敏度高以及可逆吸附的特点。Ti₃C₂对Pb²⁺的吸附能力不会受到溶液中其他高浓度离子(如Ca²⁺、Mg²⁺等)的影响。Ti₃C₂以其独特的层状结构有望在治理有害离子、重金属及有机污染物等方面发挥出巨大的作用。作为新型储能材料，在锂离子电池和超级电容器上，近年来对于MXenes的研究也有很多。Naguib等将Ti₂CT_x应用于LIBs电极上，在C/25的倍率下，其比容量为225mAh/g；以1C进行80次循环充放电后，其充比容量为110mAh/g；以3C进行120次循环充放电后，其比容量为80mAh/g；以10C进行200次循环充放电后，其充电容量为70mAh/g。MXene纳米材料自身良好的导电性和二维层状结构是其电化学性能优异的源泉。然而Ti₃C₂纳米材料自身导电性和比容量偏低，导致其电化学性能欠佳，MXene基电化学电容器的应用也有待进一步探究。

碳纳米管是典型的一维量子材料，具有良好的导电、力学、热学性能，以及很高的环境稳定性(耐强酸、强碱腐蚀)和结构稳定性，使其在锂离子电池、超级电容器、传感器和吸波等领域有着广泛的应用。由于碳纳米管具有优越的电学及力学性能，被认为是复合材料的理想添加相。碳纳米管作为加强相和导电相，在纳米复合材料领域有着巨大的应用潜力。