[发明专利]一种聚苯胺纳米颗粒/二维层状碳化钛复合材料及其低温制备法

说明书

本发明涉及一种聚苯胺纳米颗粒/二维层状碳化钛复合材料及其低温制备法，首先将二维层状纳米材料MXene‑Ti₃C₂加入到草酸溶液中，分散均匀得到Ti₃C₂混合液；向Ti₃C₂混合液中加入苯胺，分散均匀得到混合溶液；向混合溶液中逐滴加入催化剂，搅拌聚合直至混合溶液由透明溶液逐渐变成均一的黑色溶液，洗涤并干燥，得到聚苯胺纳米颗粒/二维层状碳化钛复合材料。本发明方法在0～5℃的低温下制备PANI/Ti₃C₂复合材料，减少了Ti₃C₂的氧化，保持了Ti₃C₂二维层状结构材料的优点，并且在有机酸溶液中反应，改性Ti₃C₂表面的官能团使得PANI与Ti₃C₂结合的更加紧密，提高材料的电化学性能。

【技术领域】

本发明涉及纳米功能材料领域，具体涉及一种聚苯胺纳米颗粒/二维层状碳化钛复合材料及其低温制备法。

【背景技术】

三元层状陶瓷材料Ti₃AlC₂属于层状六方晶体结构。在Ti₃AlC₂晶体结构中，Ti和C原子形成Ti₆C八面体，被Al层所隔开，C原子位于八面体的中心，C与Ti原子结合为强共价键，而Ti-Ti，以及Ti与Al之间为弱结合，类似于石墨间的范德华力弱键结合。

Ti₃AlC₂兼具金属与陶瓷的性能，在常温下，其具有导热性能和导电性能，以及较低的维氏显微硬度和较高的弹性模量，像金属一样可以进行机械加工，并且在较高的温度下具有塑性，同时又具备较高的屈服强度，高熔点，高热稳定性和良好的抗氧化性等陶瓷的性能。

MXene是一种新型过渡金属碳化物二维晶体纳米材料，具有和石墨烯类似的结构，具有优异的力学、电子、磁学等性能。研究发现，Ti₃C₂是一种很有前途的新型锂离子电池负极材料，还可用于新型复合材料增强体和高温润滑材料，因此其在储能、电子、润滑等领域具有重要的应用前景。此外，Ti₃C₂纳米材料具有独特的类石墨烯层状结构，以及比表面积大，结构稳定的特性，可作为电极的增敏材料，用于构制性能良好的电化学修饰电极，分析检测生物小分子，为电化学传感领域的发展将开辟新途径。

聚苯胺自从1984年，被美国宾夕法尼亚大学的化学家MacDiarmid等重新开发以来，以其良好的热稳定性，化学稳定性和电化学可逆性，优良的电磁微波吸收性能，潜在的溶液和熔融加工性能，原料易得，合成方法简便，还有独特的掺杂现象等特性，成为现在研究进展最快的导电高分子材料之一。

聚苯胺作为应用于电化学方面最受关注的导电聚合物，具有高电化学活性，高掺杂水平，优良的比电容，良好的稳定性以及易于加工处理等特点。传统高温(150℃以上)水热改性Ti₃C₂的方法容易使Ti₃C₂氧化，破坏Ti₃C₂的二维层状结构。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种聚苯胺纳米颗粒/二维层状碳化钛复合材料及其低温制备法，能够在低温下合成聚苯胺纳米颗粒/二维层状碳化钛复合材料。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

包括以下步骤：

步骤一：将二维层状纳米材料MXene-Ti₃C₂加入到草酸溶液中，分散均匀得到Ti₃C₂混合液；