[发明专利]一种金属氧化物/碳互插层二维复合材料及其制备方法与应用

权利要求书

1.金属氧化物/碳互插层二维复合材料，其特征在于，所述金属氧化物/碳互插层二维复合材料包括金属氧化物层和位于所述金属氧化物层之间的碳层，所述碳层与所述金属氧化物层相互穿插。

2.根据权利要求1所述的金属氧化物/碳互插层二维复合材料，其特征在于，所述金属氧化物/碳互插层二维复合材料的层与层之间基本重叠排列，或者层与层之间交错排列；

优选地，金属氧化物/碳互插层二维复合材料的重复单元厚度为0.5-5nm，所述重复单元由单层金属氧化物和单层碳组成；

优选地，所述金属氧化物选自非质子化、离子交换、质子化的金属氧化物层状材料，以及有孔和/或无孔的金属氧化物纳米片中的至少一种；优选地为碱土-过渡金属氧化物；

优选地，所述金属氧化物/碳互插层二维复合材料为金属氧化物/类石墨互插层二维复合材料。

3.根据权利要求1或2所述的金属氧化物/碳互插层二维复合材料，其特征在于，所述金属氧化物/碳互插层二维复合材料的厚度为20纳米-50微米；

优选地，所述金属氧化物/碳互插层二维复合材料的比表面积为10-480m²/g。

4.权利要求1-3任一项所述金属氧化物/碳互插层二维复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

(1)金属氧化物二维材料与含有氨基的有机物经插层反应或表面修饰反应，在所述金属氧化物二维材料的层间或其表面引入有机分子层，得到有机分子层/金属氧化物二维复合材料；

(2)步骤(1)得到的所述有机分子层/金属氧化物二维复合材料经过炭化处理，得到所述金属氧化物/碳互插层二维复合材料；或者，

(3)步骤(1)得到的所述有机分子层/金属氧化物二维复合材料经聚合反应后，得到高分子层/金属氧化物二维复合材料；所述高分子层/金属氧化物二维复合材料经过炭化处理，得到所述金属氧化物/碳互插层二维复合材料；

任选地，还包括步骤(4)：步骤(2)和/或步骤(3)所得到的金属氧化物/碳互插层二维复合材料进行酸洗，以去除在炭化过程中可能形成的金属颗粒。

5.根据权利要求4所述的金属氧化物/碳互插层二维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述金属氧化物具有如权利要求2所述的含义；

优选地，所述金属氧化物二维材料选自质子化的层状TiO₂材料、无孔的TiO₂纳米片、多孔的TiO₂纳米片；

优选地，所述金属氧化物层状材料的片层尺寸为100纳米-50微米，厚度为20纳米-50微米；

优选地，所述金属氧化物纳米片的片层尺寸为50纳米-50微米，厚度为0.5纳米-20纳米。

6.根据权利要求4或5所述的金属氧化物/碳互插层二维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述含有氨基的有机物选自含有至少一个氨基的有机小分子，或其盐酸盐、氢溴酸盐、硝酸盐中的一种、两种或更多种；

优选地，所述插层反应或修饰反应的次数为一次、两次或更多次；

任选地，所述插层反应和表面修饰反应还包括溶剂，所述溶剂选自水、醇类、芳香烃、酯类和饱和烷烃中的一种、两种或更多种。

7.根据权利要求4-6任一项所述的金属氧化物/碳互插层二维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述插层或表面修饰反应包括如下过程：将所述金属氧化物二维材料和所述含有氨基的有机物混合，或者所述金属氧化物二维材料、所述含有氨基的有机物和所述溶剂混合后，通过常压加热、水热、搅拌、超声或微波加热方式反应；

其中，所述金属氧化物二维材料、所述含有氨基的有机物和所述溶剂的质量体积比(g/mL/mL)为1:(0.05-200):(0-200)。