阅读说明：本技术 一种Ti3C2粉体的制备方法 (Ti3C2Method for preparing powder ) 是由 胡春峰 索尔沃托瑞·格拉索 朱德贵 范龙凤 于 2018-10-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种Ti_3C_2粉体的制备方法,包括以下步骤：(1)以Ti_3AlC_2陶瓷粉为原料,在水浴中对其进行刻蚀；(2)调整上述溶液PH值,使得溶液为中性；(3)将上述溶液进行离心分散、超声剥离得到Ti_3C_2纳米悬浮液；(4)将上述Ti_3C_2纳米悬浮液通过喷雾干燥机进行快速干燥,进风口温度为180℃,出风口温度为80℃,进料速度为300ml/h。(The invention discloses a Ti 3 C 2 The preparation method of the powder comprises the following steps: (1) with Ti 3 AlC 2 Etching ceramic powder serving as a raw material in water bath; (2) adjusting the pH value of the solution to make the solution neutral; (3) the solution is centrifugally dispersed and ultrasonically stripped to obtain Ti 3 C 2 A nanosuspension; (4) mixing the above Ti 3 C 2 The nanometer suspension is rapidly dried by a spray dryer, the temperature of an air inlet is 180 ℃, the temperature of an air outlet is 80 ℃, and the feeding speed is 300 ml/h.)

一种Ti3C2粉体的制备方法

技术领域

本发明涉及自支撑材料领域，具体涉及一种Ti₃C₂粉体的制备方法。

背景技术

Ti₃C₂有类石墨烯的二维层状结构，具有很高的弹性模量、优良的电学特性、光学特性、力学性能和磁学性能，因此Ti₃C₂在锂离子电池电极材料、电子器件、钠离子电池、超级电容器、新型传感器等电能储存和转化领域作为自支撑材料具有很好的应用前景。同时，Ti₃C₂所具有的优异性能和独特的结构使其在摩擦润滑以及复合材料增强领域具有潜在的应用价值，日益受到国内外研究者的关注。一般来说，Ti₃C₂悬浮液在一周左右会被氧化，其稳定性差，通过将Ti₃C₂悬浮液制备成Ti₃C₂粉体，能显著提高Ti₃C₂的稳定性。

中国专利文件201710251110.9公开了过渡金属氧化物纳米颗粒掺杂的二维层状Ti₃C₂膜纳米复合材料及其制备方法，其先制得二维单层或者多层Ti₃C₂纳米材料。以单层或者多层Ti₃C₂纳米片为基体，利用静电吸附，与硝酸锰溶液混溶，抽滤成膜，再经热处理合成出二维层状氧化锰掺杂Ti₃C₂膜纳米复合材料，这种制备方法的制备效率慢。

中国专利文件201310131520.1公开了一种冷冻过滤快速制备石墨烯粉体的方法，其将石墨烯制备成悬浮液然后通过干燥形式快速制备粉体，但是由于石墨烯和Ti₃C₂陶瓷属于两种不同的材料，其物理性质不同(即分散性、固体之间的相互作用、流体动力学状态、流变行为)，必然干燥工艺是不同的，干燥工艺不同对，粉末的工艺性能不同，而此文件中未公开干燥工艺。

发明内容

本发明提供一种能短时高效制备出稳定的Ti₃C₂粉体的方法，有利于推动Ti₃C₂在未来研究中的快速发展。

本发明采用的技术方案如下所述：

一种Ti₃C₂粉体的制备方法，包括以下步骤：

(1)以Ti₃AlC₂陶瓷粉为原料，在水浴中对其进行刻蚀；

(2)调整上述溶液PH值，使得溶液为中性；

(3)将上述溶液进行离心分散、超声剥离得到Ti₃C₂纳米悬浮液；

(4)将上述Ti₃C₂纳米悬浮液通过喷雾干燥机进行快速干燥，进风口温度为 180℃，出风口温度为80℃，进料速度为300ml/h。

作为一种优选技术方案，上述步骤(3)中经过若干次离心分散、超声剥离得到少层或单层Ti₃C₂纳米悬浮液。

作为一种优选技术方案，以400目的Ti₃AlC₂陶瓷粉体为原料。

作为一种优选技术方案，刻蚀剂为36％浓度的盐酸和LiF；盐酸与LiF与 Ti₃AlC₂陶瓷的比为30∶1.89∶0.1～2。

作为一种优选技术方案，刻蚀剂为36％浓度的盐酸和LiF；盐酸与LiF与 Ti₃AlC₂陶瓷的比为30∶1.89∶1.5。

作为一种优选技术方案，水浴刻蚀温度为40℃，时间为24h。

作为一种优选技术方案，步骤(2)中使用去离子水清洗至上清液为中性。本发明的有益效果是：

工艺简单，成本低，安全性高。本发明以Ti₃AlC₂陶瓷粉体为原料，由于HF 剧毒，因此用HCl和LiF代替HF刻蚀Ti₃AlC₂，增加了实验过程中的安全性。再通过离心分散、超声波震荡等简单工艺即可获得Ti₃C₂悬浮液。

粉体制备产量高，制备过程省时。所制备的Ti₃C₂悬浮液经小型喷雾干燥机快速干燥，由于液体均匀流动性好，可制备成粒度均匀的Ti₃C₂粉体，产量高。

刻蚀剂为酸性溶液和氟类盐。HF作为强腐蚀性酸，对人体和环境产生危害，不能保证实验过程的安全性；二是HF制备的纳米片含有一定量的缺陷，比如孔洞；而采用LiF和HCl混合刻蚀则能避免这些缺点，同时使得Ti3C2分层效果变好，且易于剥离。

刻蚀剂为30ml的浓度为36％盐酸和1.89g的LiF。HCl和LiF反应生成HF，氢氟酸作为弱电解质，无法完全电离，在HF溶液中加入的HCl可以提高它的氢离子浓度与溶液中的负离子电解效率。盐酸的浓度也有较大影响，若浓度太低，还有部分Ti₃AlC₂没有腐蚀，且片层间距较小，片层厚度较大；浓度过高，整个溶液酸性增加，造成腐蚀产物片层的比表面积较小，且所获得的腐蚀产物层间距也小。

附图说明

图1为实施例1制备而成的Ti₃C₂粉体的X射线衍射图谱。

图2为实施例1制备而成的Ti₃C₂的扫描电子显微镜图像。

具体实施方式

以下通过具体实施方案进一步描述本发明，本发明也可通过其它的不脱离本发明

技术特征的方案来描述，因此所有在本发明范围内或等同本发明范围内的改变均被本发明包含。

实施例1

采用400目的Ti₃AlC₂陶瓷粉体为原料，使用36％浓度的盐酸和LiF混合刻蚀，盐酸与LiF与Ti₃AlC₂陶瓷的比例为：30∶1.89∶1.5。在40℃水浴中腐蚀24h，将腐蚀产物用去离子水洗涤并离心，直至上清液为中性；将MXene粉末再次与去离子水混合并且超声波震荡分散1h，将超声波震荡后的液体手动振荡20min，再次经过超声波震荡分散1h，随后进行离心处理3min得Ti₃C₂纳米片的悬浮液。将200ml悬浮液放入小型喷雾干燥机进行快速干燥，从而制备出均匀且少层的 Ti₃C₂薄片粉体，进风口温度为180℃，出风口温度为80℃，进料速度为300ml/h。所制备粉体的松装密度为0.197g/ml。

实施例2

采用400目的Ti₃AlC₂陶瓷粉体为原料，使用36％浓度的盐酸和LiF混合刻蚀，盐酸与LiF与Ti₃AlC₂陶瓷的比例为：30∶1.89∶1.5。在40℃水浴中腐蚀24h，将腐蚀产物用去离子水洗涤并离心，直至上清液为中性；将MXene粉末再次与去离子水混合并超声波震荡分散1h，将震荡后的液体手动震荡20min，再次经过超声波震荡分散1h，随后进行离心处理3min得纳米片Ti₃C₂的悬浮液。将200ml 悬浮液吸入小型喷雾干燥机进行快速干燥，从而制备出均匀且少层的Ti₃C₂薄片粉体，进风口温度为180℃，出风口温度为80℃，进料速度为400ml/h。所制备粉体的松装密度为0.213g/ml。

实施例3

采用400目的Ti₃AlC₂陶瓷粉体为原料，使用36％浓度的盐酸和LiF混合刻蚀，盐酸与LiF与Ti₃AlC₂陶瓷的比例为：30∶1.89∶1.5。在40℃水浴中腐蚀24h，将腐蚀产物用去离子水洗涤并离心，直至上清液为中性；将MXene粉末再次与去离子水混合并且超声波震荡分散1h，将震荡后的液体手动震荡20min，再次经过超声波震荡分散1h，随后进行离心处理3min得纳米片的Ti₃C₂悬浮液。将 200ml悬浮液吸入小型喷雾干燥机进行快速干燥，从而制备出均匀且少层的Ti₃C₂薄片粉体，进风口温度为180℃，出风口温度为80℃，进料速度为500ml/h。所制备粉体的松装密度为0.224g/ml。

实施例1～3制备的Ti₃C₂粉体颗粒均匀。图1为Ti₃C₂粉体的X射线衍射图谱，显示所获得的粉体纯净无杂质。图2为Ti₃C₂的扫描电子显微镜图像。由图可以看出，Ti₃C₂粉体的微观形貌为散开的层片结构，且片层结构为单片或少层，因此本发明制备而成的Ti₃C₂粉体为少层薄片粉体。

实施例4

采用400目的Ti₃AlC₂陶瓷粉体为原料，使用36％浓度的盐酸和LiF混合刻蚀，盐酸与LiF与Ti₃AlC₂陶瓷的比例为：30∶1.89∶1.5。在40℃水浴中腐蚀24h，将腐蚀产物用去离子水洗涤并离心，直至上清液为中性；将MXene粉末再次与去离子水混合并且超声波震荡分散1h，将超声波震荡后的液体手动振荡20min，再次经过超声波震荡分散1h，随后进行离心处理3min得Ti₃C₂纳米片的悬浮液。将200ml悬浮液放入小型喷雾干燥机进行快速干燥，从而制备出均匀且少层的 Ti₃C₂薄片粉体，进风口温度为180℃，出风口温度为80℃，进料速度为200ml/h。所制备粉体的松装密度为0.183g/ml。

本方法制备的Ti₃C₂粉体具有良好的分层结构和均匀性，在将Ti₃C₂悬浮液制备成粉体的过程中，时间短且效率高，通过改变进料速度，会影响Ti₃C₂粉体粒度的大小，松装密度与进料速度成正比，与粉体颗粒大小也成正比，进料速度与雾滴大小成正比。进料速度较大时，雾化的雾滴较大，液体来不及蒸发，粉体颗粒较大但水分含量高，松装密度较大；进料速度较小时，雾滴喷射高，与顶部的高温空气接触面大，溶剂蒸发过快，导致颗粒破裂，无法形成理想粒度的粉料，松装密度较小。实施例4的制备方法制备而得的Ti₃C₂粉体则是颗粒破碎了。因此；在进风口温度为180℃，出风口温度为80℃时，进料速度为300ml/h 可以保证粉体的干燥性及接近制得理想粒度。通过喷雾干燥制备的Ti₃C₂粉体稳定性比Ti₃C₂悬浮液大大提高，本发明具有工艺简单、成本低和省时高效的特点。

值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。