[发明专利]一种单层MXene纳米片及其制备方法

说明书

本发明提供了一种单层MXene纳米片及其制备方法，所述制备方法包括：将MAX相粉体分散于氢氟酸溶液中进行刻蚀反应，干燥后得到风琴状的Mxene粉体；将所述Mxene粉体和固态插层剂混合，并置于球磨罐中进行球磨，得到混合粉体；将所述混合粉体离心洗涤，除去所述固态插层剂，干燥后得到单层MXene纳米片。本发明通过采用固态插层剂，直接与风琴状Mxene粉体球磨，利用球磨提供的高能量和剪切力直接进行插层和剥离，一方面，不会对单层Mxene纳米片的结构产生破坏，后续洗涤过程中较容易完全除去；另一方面，固态插层剂可以很好的与风琴状MXene表面丰富的官能团吸附，在没有液相溶剂的参与下，有利于单层MXene材料的分离，提高产率。

技术领域

本发明涉及超薄二维层状材料技术领域，具体而言，涉及一种单层MXene纳米片及其制备方法。

背景技术

新型二维层状过渡金属碳化物MXene具有独特的结构和电子性能，同时具有高比表面积、高电导率的特点，已在电催化、光催化、电池以及吸波等领域展现出巨大的潜力。

目前二维层状过渡金属碳化物MXene的通用制备方法，主要为：离子插层法、超声剥离法、化学或物理气相沉积法以及液相法合成。但上述方法均存在许多不足：氧化还原法用到浓硫酸、浓硝酸、高锰酸钾等危险氧化剂，存在一定的安全隐患；离子插层法所用的试剂多数有毒，会污染环境，且离子插层会二维材料的物理结构及电学结构均产生破坏；沉积法产量低、成本高昂，与超声剥离法一样效率均较低(小于10％)。

发明内容

本发明解决的问题是：如何提供一种高效高质量且操作简单的单层Mxene纳米片的制备方法。

为解决上述问题，本发明提供了一种单层MXene纳米片的制备方法，包括：将MAX相粉体分散于氢氟酸溶液中进行刻蚀反应，干燥后得到风琴状的Mxene粉体；将所述Mxene粉体和固态插层剂混合，并置于球磨罐中进行球磨，得到混合粉体；将所述混合粉体离心洗涤，除去所述固态插层剂，干燥后得到单层MXene纳米片。

可选地，所述将MAX相粉体分散于氢氟酸溶液中进行刻蚀反应包括：将所述MAX相粉体缓慢加入到的质量浓度40％～49％的氢氟酸溶液中，在35～45℃下磁力搅拌12-36小时进行刻蚀，将刻蚀后的粉体用去离子水离心洗涤至PH大于或等于6。

可选地，所述MAX相粉体与所述氢氟酸溶液的质量比为1:(18-22)。

可选地，所述固态插层剂包括尿素、草酸铵、草酸氢铵和十六烷基三甲基溴化胺中的一种或多种。

可选地，所述Mxene粉体和所述固态插层剂的质量比为1:(20-60)。

可选地，所述球磨的条件包括：研磨球和球磨罐的材质为钢或氧化锆、球料比为(10～30):1、球磨时间为12-36h、球磨转速为300-500rpm。

可选地，所述干燥方式包括在50-70℃下真空干燥或冷冻干燥。

可选地，所述单层MXene纳米片的尺寸为400-600nm。

可选地，所述MAX相粉体包括Ti₃AlC₂、Ti₂AlC、Nb₂AlC和V₂AlC中的一种或多种。

本发明另一目的在于提供一种单层MXene纳米片，以解决现有单层Mxene纳米片制备复杂，产率不高的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种单层MXene纳米片，所述单层MXene纳米片根据上述所述的单层MXene纳米片的制备方法制备。

对于现有技术，本发明提供的单层MXene纳米片及其制备方法具有以下优势：