一種多孔Ti3C2/g-C3N4復(fù)合薄膜材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)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(fù)合薄膜材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]能源和環(huán)境問題是21世紀(jì)人類所面臨的兩大嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，清潔能源的開發(fā)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。電催化水分解產(chǎn)氫和產(chǎn)氧反應(yīng)，具有對(duì)環(huán)境無污染、工業(yè)易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，已成為人們研究的重點(diǎn)。其中，用于電催化產(chǎn)氫和電催化產(chǎn)氧反應(yīng)的電催化劑研發(fā)是其中的關(guān)鍵之處。目前，用于該類反應(yīng)的電催化劑多為貴金屬(Ir02、Ru02)，但是貴金屬的價(jià)格昂貴、自然儲(chǔ)存量小等因素限制了其大規(guī)模應(yīng)用。因此，科研工作者開始將研究的重點(diǎn)轉(zhuǎn)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(qiáng)耐久性、低成本和易于制作的特點(diǎn)而成為科研工作者研究的重點(diǎn)。
[0003]2011 年，美國(guó)德雷克塞爾大學(xué)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(jié)構(gòu)和性質(zhì)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(shí)，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(diào)控的二維層狀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)(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(jié)合T3C2和g_C 3N4兩種材料的二維結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)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(fù)合材料。然而，截止到目前為止，未見到相關(guān)研究的專利和文獻(xiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有技術(shù)問題的不足，提供一種多孔Ti3C2/g_C3N4復(fù)合薄膜材料的制備方法，該方法操作簡(jiǎn)單，污染小，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，所制備的Ti3C2/g_C3N4復(fù)合薄膜材料具有形貌均勻、高柔性、多孔等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是按照以下技術(shù)方案實(shí)施的:
一種多孔Ti3C2/g-C3N4復(fù)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(yīng)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(yīng)16-24小時(shí)得到反應(yīng)液，將反應(yīng)液依次經(jīng)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(shí)，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(shí)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(zhì)量比進(jìn)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?dú)鈿夥障鲁曁幚?-10小時(shí)，再在3000 r/min的轉(zhuǎn)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(shí)，將混合纖維素酯濾膜上的物質(zhì)進(jìn)行分離，獲得Ti3C2/g-C3N4復(fù)合薄膜材料。
[0006]進(jìn)一步的，所述步驟一中反應(yīng)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(xiàn)有技術(shù)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(jié)構(gòu)的Ti3C2/g_C3N4復(fù)合薄膜材料。該方法具有操作簡(jiǎn)單、條件溫和易控、易于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的特點(diǎn)；
2、本發(fā)明所制備的Ti3C2/g-C3N4復(fù)合薄膜材料，由二維Ti3C2和二維g-C 3N4復(fù)合而成，具有柔性、多孔等優(yōu)點(diǎn)。這種特殊結(jié)構(gòu)的多孔復(fù)合薄膜材料在化學(xué)合成催化劑、儲(chǔ)氫材料等方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0009]圖1是實(shí)施例4所得Ti3C2/g_C3N4復(fù)合薄膜材料的X-射線衍射圖譜；
圖2是實(shí)施例4所得Ti3C2/g-C3N4復(fù)合薄膜材料的掃描電鏡照片；
圖3是實(shí)施例4所得Ti3C2/g-C3N4復(fù)合薄膜材料的氮?dú)馕矫摳降葴鼐€和孔分布曲線； 圖4是實(shí)施例5所得Ti3C2/g-C3N4復(fù)合薄膜材料的掃描電鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，在此發(fā)明的示意性實(shí)施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0011]實(shí)施例1
稱取5克Ti3AlC2放入塑料反應(yīng)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(yīng)16小時(shí)得到反應(yīng)液，將反應(yīng)液依次經(jīng)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(shí)，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(shí)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(zhì)量比進(jìn)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?dú)鈿夥障鲁曁幚?小時(shí)，再在3000 r/min的轉(zhuǎn)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(shí)，將混合纖維素酯濾膜上的物質(zhì)進(jìn)行分離，獲得Ti3C2/g-C3N4復(fù)合薄膜材料。
[0012]實(shí)施例2
稱取5克Ti3AlC2放入塑料反應(yīng)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(yīng)24小時(shí)得到反應(yīng)液，將反應(yīng)液依次經(jīng)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(shí)，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(shí)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(zhì)量比進(jìn)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?dú)鈿夥障鲁曁幚?0小時(shí)，再在3000 r/min的轉(zhuǎn)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(shí)，將混合纖維素酯濾膜上的物質(zhì)進(jìn)行分離，獲得Ti3C2/g-C3N4復(fù)合薄膜材料。
[0013]實(shí)施例3
稱取5克Ti3AlC2放入塑料反應(yīng)容器，