[发明专利]一种修饰MXene的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种修饰MXene的方法及其应用。其中，修饰MXene为用氨基酸对MXene进行修饰，包括如下步骤：将MXene纳米片与氨基酸分子于溶液中混合即完成修饰。本发明从MXene氧化反应的根本原因入手，利用氨基酸分子与MXene间的氢键和配位键作用，实现氨基酸分子在MXene表面的吸附，占据氧化过程中水和氧的进攻反应位点，进而阻止MXene在水中的氧化和降解，提高其抗氧化能力，进一步提高结构和性能的稳定性。本发明提供的修饰方法不改变MXene的形貌等固有属性，不仅能够大幅度提高MXene材料的抗氧化性，且制备的薄膜保持了原有的良好机械性能，且电磁屏蔽性能基本无改变或略微下降。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种修饰MXene的方法及其应用。

背景技术

二维(2D)过渡金属碳化物/氮化物(MXenes)因其卓越的性能受到越来越广泛的关注，通常由氢氟酸或盐酸和氟化锂的混合物从三维MAX相中选择性提取A层而获得。根据其表面末端是否有末端基团分为两类，一类是M_n+1X_n，另一类是M_n+1X_nT_x，其中，M代表过渡金属(如Ti、V、Cr、Nb、Mo等)，X代表C、N，T_x是末端基团(如-OH、-O或-F)，n通常是1～3之间的整数，而x尚无法进行准确定量。作为二维材料中的一员，MXene具有和石墨烯类似的二维层状结构，高电导率以及大表面积的特点，但与石墨烯不同的是，MXene纳米材料具有丰富的亲水性表面官能团，这使其易于加工和制备成复合材料。因此，在储能、传感器、电磁干扰屏蔽、水净化、光/电催化等多个领域展现出良好的应用前景。Ti₃C₂T_x具有出色的本征电导率(4500Scm^-1)，是MXenes家族中被研究较多的一种，在电磁屏蔽领域有着巨大的应用前景。

然而，MXene实际应用受到其极易氧化的和机械性能差的限制。已有的机理表明，水和氧气会加速其氧化，生成钛的氧化物，且该氧化过程会破坏MXene的结构，进而使其原有的优良性质退化。因此，如何解决MXene易被氧化的问题以及如何提高其机械性能，从而维持MXene在使用时的性能稳定性，是MXene发展的瓶颈问题。为了解决上述MXene易被氧化的问题，研究者们通过在MXene表面覆盖不同的物质，以降低MXene与氧气和水的接触机会，阻止MXene被氧化。但这类方法只是解决了MXene的氧化问题，并没有同时解决MXene的机械性能差的问题。因此，寻找新的解决方案，同时提高MXene的稳定性和机械性能，是MXene发展的当务之急。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种修饰MXene的方法及其应用，以同时提升MXene材料的抗氧化性和机械性能。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一方面，本发明提供一种修饰MXene的方法，所述修饰MXene为用氨基酸对MXene进行修饰，所述修饰MXene的方法包括如下步骤：

将MXene纳米片与氨基酸分子于溶液中混合反应即完成修饰。

作为优选地实施方式，所述MXene纳米片与氨基酸分子于溶液中混合反应完成修饰的时间≥24h。

作为优选地实施方式，所述氨基酸分子相对于所述MXene纳米片是过量的；

在某些具体的实施方式中，所述过量为溶液中每0.1gMXene纳米片对应0.01mol～0.03mol氨基酸；

优选地，所述氨基酸分子在溶液中的浓度为0.01mol/L～0.3mol/L。

作为优选地实施方式，所述MXene纳米片选自多层MXene纳米片和单层MXene纳米片中的至少一种。