一種多孔Ti3C2/g-C3N4復合薄膜材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及納米材料的制備方法，特別是一種多孔Ti3C2/g-C3N4復合薄膜材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]能源和環(huán)境問題是21世紀人類所面臨的兩大嚴峻挑戰(zhàn)，清潔能源的開發(fā)成為人們關注的焦點。電催化水分解產氫和產氧反應，具有對環(huán)境無污染、工業(yè)易于實現的優(yōu)點，已成為人們研究的重點。其中，用于電催化產氫和電催化產氧反應的電催化劑研發(fā)是其中的關鍵之處。目前，用于該類反應的電催化劑多為貴金屬(Ir02、Ru02)，但是貴金屬的價格昂貴、自然儲存量小等因素限制了其大規(guī)模應用。因此，科研工作者開始將研究的重點轉移到非貴金屬催化劑上。其中，過渡金屬-氮-碳材料因其優(yōu)異的電催化活性、強耐久性、低成本和易于制作的特點而成為科研工作者研究的重點。
[0003]2011 年，美國德雷克塞爾大學的 Naguib 和 Barsoum 等(Adv.Mater.，2011，23，4248-4253)率先將Ti3AlC2g HF腐蝕得到層狀T 3C2，并將這種新型材料命名為MXene。二維層狀T3C2納米晶體材料是一類潛在的具有類似石墨烯結構和性質的材料(ACS Nano, 2012,6，1322-1331 )，具有非常高的電子迀移率，與石墨烯和碳納米管類似。同時，石墨化碳氮化合物(g-C3N4)具有超高的氮含量、高穩(wěn)定性、可調控的二維層狀結構的特點(Nat.Mater.，2009，8，76-80)，在電催化和光電催化方面具有很高的活性(J.Am.Chem.Soc.,2015,137，3265-3270)。因此，結合T3C2和g_C 3N4兩種材料的二維結構優(yōu)勢和過渡金屬-氮相互作用，可制備出一種具有優(yōu)異電催化性能的復合材料。然而，截止到目前為止，未見到相關研究的專利和文獻報道。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是要解決現有技術問題的不足，提供一種多孔Ti3C2/g_C3N4復合薄膜材料的制備方法，該方法操作簡單，污染小，易于實現工業(yè)化生產，所制備的Ti3C2/g_C3N4復合薄膜材料具有形貌均勻、高柔性、多孔等優(yōu)點。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明是按照以下技術方案實施的:
一種多孔Ti3C2/g-C3N4復合薄膜材料的制備方法，包括以下步驟:
步驟一、將5克Ti3AlC2放入塑料反應容器，緩慢滴加40-60毫升濃度為49%的氫氟酸，邊加邊搖晃10-20分鐘，60°C下水浴反應16-24小時得到反應液，將反應液依次經過離心、洗滌、過濾后得到濾渣，將得到的濾渣在70°C下干燥6-10小時，得到Ti3C2粉末；
步驟二、空氣氣氛中，以2.3°C /min的升溫速率將雙氰胺從室溫加熱至550°C，在550°C保持3-6小時后再冷卻至室溫，得到g_C3N4粉末；
步驟三、將上述制得的Ti3C2粉末和g_C3N4粉末按照5:1-5:4的質量比進行混合得到混合粉末，將混合粉末分散到100毫升的去離子水和異丙酮的混合溶液中得到混合懸浮液，將混合懸浮液在45°C、氮氣氣氛下超聲處理6-10小時，再在3000 r/min的轉速下離心處理混合懸浮液去除未剝離的聚集體以得到Ti3c2和g_C3N4均相分散的混合物溶液，然后采用孔徑為0.05微米的混合纖維素酯濾膜過濾混合物溶液，室溫下真空干燥上述混合纖維素酯濾膜20-30小時，將混合纖維素酯濾膜上的物質進行分離，獲得Ti3C2/g-C3N4復合薄膜材料。
[0006]進一步的，所述步驟一中反應液過濾后濾液的pH值為4-5。
[0007]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟三中去離子水和異丙酮的體積比為7:3。
[0008]與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果:
1、本發(fā)明采用二維Ti3C2納米片和二維g_C3N4納米片均相組裝的方法，可控制備了一種全新的具有多孔結構的Ti3C2/g_C3N4復合薄膜材料。該方法具有操作簡單、條件溫和易控、易于工業(yè)化大規(guī)模生產的特點；
2、本發(fā)明所制備的Ti3C2/g-C3N4復合薄膜材料，由二維Ti3C2和二維g-C 3N4復合而成，具有柔性、多孔等優(yōu)點。這種特殊結構的多孔復合薄膜材料在化學合成催化劑、儲氫材料等方面具有潛在的應用價值。
【附圖說明】
[0009]圖1是實施例4所得Ti3C2/g_C3N4復合薄膜材料的X-射線衍射圖譜；
圖2是實施例4所得Ti3C2/g-C3N4復合薄膜材料的掃描電鏡照片；
圖3是實施例4所得Ti3C2/g-C3N4復合薄膜材料的氮氣吸附脫附等溫線和孔分布曲線； 圖4是實施例5所得Ti3C2/g-C3N4復合薄膜材料的掃描電鏡照片。
【具體實施方式】
[0010]下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步描述，在此發(fā)明的示意性實施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
[0011]實施例1
稱取5克Ti3AlC2放入塑料反應容器，緩慢滴加40毫升濃度為49%的氫氟酸，邊加邊搖晃10分鐘，60°C下水浴反應16小時得到反應液，將反應液依次經過離心、洗滌、過濾后得到濾渣，且過濾后濾液的pH值為4，將得到的濾渣在70°C下干燥6小時，得到Ti3C2粉末；空氣氣氛中，以2.3°C /min的升溫速率將雙氰胺從室溫加熱至550°C，在550°C保持3小時后再冷卻至室溫，得到g_C3N4粉末；將上述制得的Ti 3C2粉末和g-C 3N4粉末按照5:1的質量比進行混合得到混合粉末，將混合粉末分散到100毫升的去離子水和異丙酮的混合溶液中得到混合懸浮液，其中去離子水和異丙酮的體積比為7:3，將混合懸浮液在45°C、氮氣氣氛下超聲處理6小時，再在3000 r/min的轉速下離心處理混合懸浮液去除未剝離的聚集體以得到Ti3C2和g-C 3N4均相分散的混合物溶液，然后采用孔徑為0.05微米的混合纖維素酯濾膜過濾混合物溶液，室溫下真空干燥上述混合纖維素酯濾膜20小時，將混合纖維素酯濾膜上的物質進行分離，獲得Ti3C2/g-C3N4復合薄膜材料。
[0012]實施例2
稱取5克Ti3AlC2放入塑料反應容器，緩慢滴加60毫升濃度為49%的氫氟酸，邊加邊搖晃20分鐘，60°C下水浴反應24小時得到反應液，將反應液依次經過離心、洗滌、過濾后得到濾渣，且過濾后濾液的pH值為5，將得到的濾渣在70°C下干燥10小時，得到Ti3C2粉末；空氣氣氛中，以2.3°C /min的升溫速率將雙氰胺從室溫加熱至550°C，在550°C保持6小時后再冷卻至室溫，得到g_C3N4粉末；將上述制得的Ti 3C2粉末和g-C 3N4粉末按照5:4的質量比進行混合得到混合粉末，將混合粉末分散到100毫升的去離子水和異丙酮的混合溶液中得到混合懸浮液，其中去離子水和異丙酮的體積比為7:3，將混合懸浮液在45°C、氮氣氣氛下超聲處理10小時，再在3000 r/min的轉速下離心處理混合懸浮液去除未剝離的聚集體以得到Ti3C2和g-C 3N4均相分散的混合物溶液，然后采用孔徑為0.05微米的混合纖維素酯濾膜過濾混合物溶液，室溫下真空干燥上述混合纖維素酯濾膜30小時，將混合纖維素酯濾膜上的物質進行分離，獲得Ti3C2/g-C3N4復合薄膜材料。
[0013]實施例3
稱取5克Ti3AlC2放入塑料反應容器，