阅读说明：本技术 一种多孔MXene材料的制备方法 (Preparation method of porous MXene material ) 是由 刘毅 刘一卓 李涛 张利锋 原晓艳 郭守武 霍京浩 王晓飞 于 2019-10-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多孔MXene材料的制备方法,首先将M粉、钛粉、铝粉及石墨粉进行混料,所述M粉为过渡金属粉,然后预压后高温烧结,制备出M位Ti原子固溶型MAX相,然后经磨细并过筛得到MAX相陶瓷粉体；然后将MAX相陶瓷粉体分散于高浓度氢氟酸中进行刻蚀得到MXene材料；最后将MXene材料通过低浓度氢氟酸进一步选择性刻蚀Ti<Sub>2</Sub>C位点后,得到多孔MXene4材料。本发明具有快速、稳定、工艺简单等优点,利用本发明方法可以快速制备出多孔MXene材料。(The invention discloses a preparation method of a porous MXene material, which comprises the steps of mixing M powder, titanium powder, aluminum powder and graphite powder, wherein the M powder is transition metal powder, prepressing, sintering at high temperature to prepare an M-bit Ti atom solid solution type MAX phase, and levigating and sieving to obtain MAX phase ceramic powder; then dispersing MAX phase ceramic powder in high-concentration hydrofluoric acid for etching to obtain MXene material; finally, further selectively etching Ti on the MXene material by using low-concentration hydrofluoric acid 2 After C-site, a porous MXene4 material was obtained. The method has the advantages of rapidness, stability, simple process and the like, and the porous MXene material can be rapidly prepared by the method.)

一种多孔MXene材料的制备方法

技术领域

本发明属于二维材料领域，具体涉及一种多孔MXene材料的制备方法。

背景技术

2011年，过渡金属碳化物(MXenes)材料首次被美国Drexel大学教授YuryGogotis和教授Michel Barsoum通过氢氟酸刻蚀法制备得到，是另一种“石墨烯”二维材料。MXene材料主要通过刻蚀剂去除MAX相中A层(IIIA、IVA和VA族元素)得到。在反应过程中，由于放热以及A层原子缺失，使MXene材料呈现出类石墨分层的高比表面积结构。但是对于MXene材料来说，不通过插层剥离，很难使材料比表面积进一步增大，而且剥离过程还会导致材料氧化。

在211型MAX相陶瓷中，以典型V₂AlC MAX相陶瓷为例，其极难在短时间内将Al原子层刻蚀干净，而且长时间刻蚀导致MXene极易氧化。以主流刻蚀法高浓度氢氟酸(50％)刻蚀法[J.Am.Chem.Soc.135,15966-15969]以及盐酸氟盐刻蚀法[J.Electrochem.Soc.164,A709-A713]为例，分别在55℃用时90小时和90℃用时120小时，才能将MAX相陶瓷中的Al层较好刻蚀干净。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多孔MXene材料的制备方法，以克服现有技术存在的缺陷，本发明具有快速、稳定、工艺简单等优点，利用本发明方法可以快速制备出多孔MXene材料。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多孔MXene材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将M粉、钛粉、铝粉及石墨粉进行混料，所述M粉为过渡金属粉，然后预压后高温烧结，制备出M位Ti原子固溶型MAX相，然后经磨细并过筛得到MAX相陶瓷粉体；

步骤二：将MAX相陶瓷粉体分散于高浓度氢氟酸中进行刻蚀得到MXene材料；

步骤三：将MXene材料通过低浓度氢氟酸进一步选择性刻蚀Ti₂C位点后，得到多孔MXene4材料。

进一步地，步骤一中过渡金属粉为铌粉或钒粉。

进一步地，步骤一中M粉、钛粉、铝粉及石墨粉之间摩尔比为(1～1.4)：(0.6～1)：(1.1～1.2)：1。

进一步地，步骤一中高温烧结的温度为1350～1500℃，保温时间为4小时。

进一步地，步骤一得到的MAX相陶瓷粉体的粒径为300～500目。

进一步地，步骤二具体为：将MAX相陶瓷粉体浸泡于质量浓度为39～41％的氢氟酸水溶液中，且每25～30mL氢氟酸水溶液中加入1gMAX相陶瓷粉体，于30～45℃下搅拌18～48h刻蚀掉MAX相中的Al层原子，然后水洗离心至水洗液到PH为6～7，得到MXene材料。

进一步地，步骤三具体为：将MXene材料分散于质量浓度在10～25％氢氟酸水溶液之中，于20～35℃搅拌10～40min溶解Ti₂C结构，然后水洗离心至水洗液到PH为6～7，最后用无水乙醇洗后离心，将所得粉末干燥，得到多孔MXene材料，其中每20-40mL氢氟酸水溶液中分散0.2-0.5g MXene材料。

进一步地，粉末干燥方式为：冷冻干燥2天或在60～80℃温度下真空干燥12h。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明基于刻蚀Ti₂AlC 211型MAX相陶瓷实验基础，由于Ti-C键键力弱，导致其刻蚀活性过大，在刻蚀过程中极易溶解于氢氟酸之中，所以利用Ti-C键键力弱的特点，将Ti原子固溶到其他211型MAX相陶瓷的M位之中，不仅可以提高MAX相陶瓷的刻蚀活性，减少刻蚀时间，而且可以利用氢氟酸对Ti-C键的影响，制造多孔结构，进而提高材料比表面积。实验效果由图2可以观察得到，通过第二次稀氢氟酸水溶液刻蚀后产生多孔形貌。

附图说明

图1是实施例2中第二次刻蚀反应后XRD图。

图2是实施例2中第二次刻蚀反应后SEM图。

具体实施方式

下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：

一种多孔MXene材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将M粉、钛粉、铝粉及石墨粉按照摩尔比(1～1.4)：(0.6～1)：(1.1～1.2)：1进行混料，所述M粉为过渡金属粉(铌粉或钒粉)，然后预压后在1350～1500℃温度下烧结4小时，制备出M位Ti原子固溶型MAX相，然后经磨细并过筛得到粒径为300～500目的MAX相陶瓷粉体；

步骤二：将MAX相陶瓷粉体浸泡于质量浓度为39～41％的氢氟酸水溶液中，且每25～30mL氢氟酸水溶液中加入1gMAX相陶瓷粉体，于30～45℃下搅拌18～48h刻蚀掉MAX相中的Al层原子，然后水洗离心至水洗液到PH为6～7，得到MXene材料；

步骤三：将MXene材料分散于质量浓度在10～25％氢氟酸水溶液之中，于20～35℃搅拌10～40min溶解Ti₂C结构，然后水洗离心至水洗液到PH为6～7，最后用无水乙醇洗后离心，将所得粉末干燥，得到多孔MXene材料，其中每20-40mL氢氟酸水溶液中分散0.2-0.5gMXene材料，粉末干燥方式为：冷冻干燥2天或在60～80℃温度下真空干燥12h。

下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：

实施例1

步骤一：将原料钒粉、钛粉、铝粉、石墨粉按照摩尔比：1.2:0.8:1.1:1进行混料，在1400℃下制备出M位Ti原子固溶型MAX相，经锉刀磨细并过筛得到MAX相陶瓷粉体。

步骤二：将制备好的MAX相陶瓷粉体浸泡于39％氢氟酸水溶液中，并按照质量体积比1g/30ml，于45℃搅拌18h刻蚀掉MAX相中的Al层原子，然后水洗离心至水洗液到PH为6，得到MXene。

步骤三：将制备好的MXene分散于质量浓度12％的氢氟酸之中，其中每20mL氢氟酸水溶液中分散0.2g MXene材料，在30℃下搅拌12min，然后水洗离心至水洗液到PH为6，最后用无水乙醇洗后离心，将所得粉末冷冻干燥2天，得到多孔MXene材料。

实施例2

步骤一：将原料钒粉、钛粉、铝粉、石墨粉按照摩尔比：1.4:0.6:1.2:1进行混料，在1350℃下制备出M位Ti原子固溶型MAX相，经锉刀磨细并过筛得到MAX相陶瓷粉体。

步骤二：将制备好的MAX相陶瓷粉体浸泡于40％氢氟酸水溶液中，并按照质量体积比1g/27ml，于30℃搅拌48h刻蚀掉MAX相中的Al层原子，然后水洗离心至水洗液到PH为7，得到MXene。

步骤三：将制备好的MXene分散于质量浓度10％的氢氟酸之中，其中每40mL氢氟酸水溶液中分散0.5g MXene材料，在35℃下搅拌10min，然后水洗离心至水洗液到PH为7，最后用无水乙醇洗后离心，将所得粉末在70℃真空干燥12h，得到多孔MXene材料。

实施例3

步骤一：将原料铌粉、钛粉、铝粉、石墨粉按照摩尔比：1:1:1.1:1进行混料，在1450℃下制备出M位Ti原子固溶型MAX相，经锉刀磨细并过筛得到MAX相陶瓷粉体。

步骤二：，将制备好的MAX相陶瓷粉体浸泡于40％氢氟酸水溶液中，其中每25mL氢氟酸水溶液中分散0.3g MXene材料，并按照质量体积比1g/25ml，于35℃搅拌24h刻蚀掉MAX相中的Al层原子，然后水洗离心至水洗液到PH为6，得到MXene。

步骤三：将制备好的MXene分散于质量浓度10％的氢氟酸之中，在30℃下搅拌10min，然后水洗离心至水洗液到PH为6，最后用无水乙醇洗后离心，将所得粉末在80℃真空干燥12h，得到多孔MXene材料。

参见图1，是实施例3中第二次刻蚀反应后XRD图谱，由图1可以看出经过两次刻蚀之后，物相中以刻蚀后产物(V_0.7Ti_0.3)₂CT_X(MXene)为主。

参见图2，是实施例3中第二次刻蚀反应后微观形貌图，由图2可以看出MXene材料展现出多孔的微观形貌。

实施例4

步骤一：将原料钒粉、钛粉、铝粉、石墨粉按照摩尔比：1.3:0.7:1.2:1进行混料，在1500℃下制备出M位Ti原子固溶型MAX相，经锉刀磨细并过筛得到MAX相陶瓷粉体。

步骤二：，将制备好的MAX相陶瓷粉体浸泡于41％氢氟酸水溶液中，并按照质量体积比1g/26ml，于35℃搅拌48h刻蚀掉MAX相中的Al层原子，然后水洗离心至水洗液到PH为7，得到MXene。

步骤三：将制备好的MXene分散于质量浓度25％的氢氟酸之中，其中每35mL氢氟酸水溶液中分散0.4g MXene材料，在20℃下搅拌40min，然后水洗离心至水洗液到PH为7，最后用无水乙醇洗后离心，将所得粉末在60℃真空干燥12h，得到多孔MXene材料。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。