创新单层氟化MXene制备技术
2025-01-28 15:07
No.1333815831632814080
技术概要
PDF全文
本技术介绍了一种新型单层氟化MXene及其制备工艺。通过超声辅助技术,优化传质过程,采用HF对Ti<sub>n+1</sub>AlC<sub>2-n</sub>进行蚀刻,制备出高质量的单层氟化MXene材料。
背景技术
MXene是一种新型的过渡金属碳/氮化物二维纳米层状材料,具有独特的结构和物理化学性质,自2011年被发现以来,被越来越多的认为是一种新型功能材料而备受关注,在能量存储与转换、传感、催化以及聚合物复合功能材料等领域应用前景广阔。MXene的通式为Mn+1 Xn Tx (n=1~4的整数),其中M代表Ti、Nb、Mo、V等过渡金属,X代表C和/或N;Tx 代表羟基、氟和/或氧,通过从母体MAX相中选择性蚀刻A层(主族元素Al、Ga、In、Si等),并随后在其表面引入Tx 官能团来合成。Tin+1 Cn Tx 是MXene中的典型代表,一般先采用HF(或HCl+LiF等原位生成的HF)蚀刻前驱体Tin+1 AlCn ,再通过(多次)离心,然后从离心后的上层清液(或悬浊液)中分离的方法制备得到。 实践表明,上述制备方法存在的主要问题或突出缺陷如下。其一,制备过程耗时长(24~48h),效率低;其二,重要的是,从离心后的上层清液(或悬浮液)分离获取单层(或寡层)Tin+1 Cn Tx ,前驱体利用率低,目标产物收率低;其三,通过该方法得到的(单层或寡层)Tin+1 Cn Tx 表面具有-OH等含氧基团,这些基团之间存在有较强的层间氢键等。氢键连同范德华力等相互作用驱使Tin+1 Cn Tx 层与层之间相互吸引,导致制备得到的(单层或寡层)Tin+ 1 Cn Tx 再一次自发团聚,在很大程度上限制了Tin+1 Cn Tx 在分散剂或基质中高度分散,从而难以最大程度上发挥Tin+1 Cn Tx 应有的作用。因此,研究和应用中亟待开发高效制备分散度高且不易团聚的(单层或寡层)Tin+1 Cn Tx 的新方法。 研究者尝试通过共价改性的方法来提高Tin+1 Cn Tx 在分散剂或复合材料基质中的分散度,即通过引入含有反应基团的改性剂与Tin+1 Cn Tx 表面羟基等基团之间发生反应,借助共价键将改性剂分子接枝在Tin+1 Cn Tx 表面。文献(Tribology International,2022,170,107500)报道了一种聚[2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯]接枝改性Ti3 C2 Tx 制备含氟MXene的方法,其特点是:第一,采用HCl与LiF原位生成HF来蚀刻Ti3 AlC2 前驱体24h,离心分离反应混合物,上层清液和悬浊液经冷冻干燥48h以后,得到Ti3 C2 Tx 粉末。第二,得到的Ti3 C2 Tx 粉末先经碱化以后,使其表面羟基再和硅烷偶联剂3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS)反应,通过硅氧硅共价键将MPS接枝到Ti3 C2 Tx 表面,得到表面具有可聚合丙烯酸酯端基的MPS改性Ti3 C2 Tx 。第三,通过MPS改性Ti3 C2 Tx 与聚[2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯]的共聚合,得到目标产物氟化MXene。该方法耗时长、效率低、制备步骤繁琐、收率低,并且得到的氟化MXene主要为多层结构。 公开号为CN 116827164A的发明专利公开了一种基于F-MXene的摩擦纳米发电机的制备方法,其特点是以单层MXene为原料,含氟硅烷为改性剂,通过MXene表面的羟基与含氟硅烷发生脱水缩合反应,得到氟化MXene。然而,所需要的关键原料单层MXene的制备效率和产物收率都很低。重要的是,所采用的关键原料单层MXene表面存在羟基等含氧官能团,这些含氧官能团之间存在氢键及其他相互作用,导致MXene在反应前以及反应中自发团聚难以保持单层结构。因此事实上该技术制备氟化MXene不仅效率低、收率低,而且产物主要为多层结构。 六氟环氧丙烷寡聚物(PHFPO)是一种结构独特、性能优异、应用前景广泛的含氟聚合物。文献(Macromolecules,2012,45,4907)表明,PHFPO可通过六氟环氧丙烷(HFPO)的阴离子开环聚合来可控制备,该制备方法效率高、成本低、选择性好。更为重要的是,通过HFPO阴离子开环聚合制备得到的PHFPO,其端基为具有高反应活性的酰氟基团。酰氟基团可以在温和条件下与羟基、环氧基等官能团快速高效乃至化学计量反应,能够将PHFPO定向引入目标分子,对于含氟功能材料的设计与高效可控制备,具有重要的意义。
实现思路
阅读余下40%
技术概要为部分技术内容,查看PDF获取完整资料
该技术已申请专利,如用于商业用途,请联系技术所有人!
技术研发人员:
陈建刚  王元琦  刘昭铁  宋雨萌  沈淑坤  刘忠文
技术所属: 陕西师范大学
相关技术
1,4,5,8-菲二醌活性物质、有机正极材料及水系锌电池 1,4,5,8-菲二醌活性物质、有机正极材料及水系锌电池
吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料及其应用 吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料及其应用
一种实心球形硫酸亚铁钠复合正极材料的制备方法及应用 一种实心球形硫酸亚铁钠复合正极材料的制备方法及应用
一种金属硒化物@MXene复合材料及其制法与应用 一种金属硒化物@MXene复合材料及其制法与应用
一种应用于钠离子电池的软硬碳复合电极材料及制备方法 一种应用于钠离子电池的软硬碳复合电极材料及制备方法
一种多孔碳基纳米笼钠电负极材料的制备方法和应用 一种多孔碳基纳米笼钠电负极材料的制备方法和应用
硫酸锌硫化碳材料的制备方法及其氧电催化应用 硫酸锌硫化碳材料的制备方法及其氧电催化应用
一种钒基正极材料制备方法 一种钒基正极材料制备方法
多空位类核壳ZnO@ZnS异质结的制备方法及产品与应用 多空位类核壳ZnO@ZnS异质结的制备方法及产品与应用
一种原位合成的贵金属基催化剂催化降解邻二氯苯的方法 一种原位合成的贵金属基催化剂催化降解邻二氯苯的方法
技术分类
电信、广播电视和卫星传输服务 电信、广播电视和卫星传输服务
互联网软件服务 互联网软件服务
集成电路设计 集成电路设计
信息集成数字服务 信息集成数字服务
电气机械制造 电气机械制造
计算机、通信、电子设备制造 计算机、通信、电子设备制造
医药制造、生物基材料 医药制造、生物基材料
石油煤矿化学用品加工 石油煤矿化学用品加工
化学原料制品加工 化学原料制品加工
非金属矿物加工 非金属矿物加工
金属制品加工 金属制品加工
专用设备制造 专用设备制造
通用设备制造 通用设备制造
通用零部件制造 通用零部件制造
汽车制造业 汽车制造业
铁路、船舶、航天设备制造 铁路、船舶、航天设备制造
电力、热力生产和供应 电力、热力生产和供应
燃气生产和供应 燃气生产和供应
水生产和供应 水生产和供应
房屋建筑、土木工程 房屋建筑、土木工程
交通运输、仓储和邮政 交通运输、仓储和邮政
农、林、牧、渔业 农、林、牧、渔业
采矿业 采矿业
农副、食品加工 农副、食品加工
烟草、酒水加工 烟草、酒水加工
纺织皮具居家制品 纺织皮具居家制品
文教体娱加工 文教体娱加工
苏ICP备18062519号-5 © 2018-2025 【123技术园】 版权所有,并保留所有权利