[发明专利]以Cl为表面基团的MXene材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种以Cl为表面基团的MXene材料及其制备方法与应用。所述以Cl为表面基团的MXene材料的分子式表示为M_n+1X_nCl₂，其中M为Sc、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta元素中的任意一种或者两种以上的组合，X为C、N元素中的任意一种或两种的组合，n为1、2、3或4。所述制备方法包括：将前驱体MAX相材料、过渡金属氯化物混合，并于400℃～800℃进行高温反应，之后进行后处理，获得以Cl为表面基团的MXene材料。本发明的制备方法简单易行，环境友好，得到的Cl为表面基团的MXene材料在电化学储能用电极材料、超级电容材料、电磁吸收与屏蔽材料、催化剂等领域有较好的应用。

技术领域

本发明涉及二维晶体材料技术领域，具体涉及一种以Cl为表面基团的MXene材料及其制备方法与应用。

背景技术

自石墨烯(graphene)2004年被发现以来，二维材料就因其高比表面积、高纵横比、具有独特的电子结构等性质而受到广泛的关注和研究。2011年，Naguib等人报道了一类名为MXene的新型二维材料。MXene材料是一类层状二维碳/氮化物，通常通过化学蚀刻法抽离其母相材料MAX相(M_n+1AX_n，n＝1-3，M为过渡金属，A为IIIA或IVA族元素，X为C或N)中的A层原子层得到。MXene材料由于其丰富的成分结构可调控性、独特的层状结构、高导电率等特性，而在电化学储能用电极材料、超级电容材料、电磁吸收与屏蔽材料、催化剂等领域有较好的应用。

一般来说，MXenes的制备都是通过HF酸溶液刻蚀MAX相实现。HF酸刻蚀掉MAX相的A层原子后，溶液中的-OH、-O和-F等基团会与成键不饱和的MX层单元结合，形成MXene。因此，该方法得到的MXene材料表面基团不可避免由-OH、-O、-F构成，且其成分比例难以控制。众多研究指出表面基团的变化，会引起MXene电子结构的变化，进而对其电学特性、磁学特性等带来深远的影响。理论预测表明表面基团全部由-O或者-Cl构成的MXene材料具有更好的化学稳定性和电子传输特性，其在储能等领域的应用性能要高于表面基团为-F的MXene材料。然而，截止目前为止，目前被合成出来的MXene材料如Ti₃C₂T_x、Ti₂CT_x、Zr₃C₂T_x、Nb₂CT_x、Ta₄C₃T_x、V₂CT_x、Ti₄N₃T_x、Mo₂CT_x、Hf₃C₂T_x等，其表面基团大多由-OH、-O、-F构成，表面基团为其他类型(如-Cl)的MXene材料至今没有报道。

传统HF刻蚀法带来的环境污染以及-F基团，极大的限制的MXene材料的应用前景。因此，开发新型制备方法，得到表面基团类型可控的MXene材料，有助于对MXene材料的众多功能特性进行调节，提升其在现有领域的应用，并有望拓展出新的应用领域。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种以Cl为表面基团的MXene材料及其制备方法，从而克服现有技术中的不足。

本发明的另一目的在于提供前述以Cl为表面基团的MXene材料的应用。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：