本发明涉及纳米材料领域。更具体地说，本发明涉及一种ti3c2mxene纳米片材料的制备方法。
背景技术：
二维材料因其独特的结构和优异的性能而备受关注。2011年由naguib等人首次制备的过渡金属碳化物和/或碳氮化物，扩大了2d材料的范围。由于其具有类石墨烯的2d结构，因此被称为mxene，其化学式为mn+1xntx(n＝1,2,3)，其中m为早期过度金属元素，x为碳或氮元素，t为-f、-oh等表面链接的活性官能团。对mxene的结构和性能进行第一性原理计算表明，它具有独特的二维层状结构，比表面积大，导电性好，力学性能优良等特点，在复合材料、润滑剂、电池、超级电容器、吸附、催化等领域具有潜在的应用价值。
目前，随着对mxene的研究逐步加深，在制备mxene的基础上进行改性处理，比如碱化、复合以及插层，以此来拓展其应用。层状材料的一个独特特性就是它们的层间能容纳各种离子和分子。插入层间的物质可以使层与层之间分开，并增加其层间距。另外，这些层间物能够削弱mx之间的结合，使得超声可以进一步将这些片层分离开，形成稳定的mxene纳米片。
最初研究者们报道了dmso插层多层ti3c2mxene并进行简单的超声，有效分离了多层ti3c2mxene，获得ti3c2mxene纳米片。与多层mxene相比，mxene纳米片的电化学性能显著提高。o.mashtalir等在“intercalationanddelaminationoflayeredcarbidesandcarbonitrides”中描述dmso插层多层ti3c2mxene后，锂离子电池的质量比容量由原来的110mah/g左右提高到410mah/g。尽管容量提高了将近4倍，但dmso经过大量的水冲洗后仍然占据多层ti3c2mxene表面，将片层粘在一起，增加了片层厚度。此外，hongbingwang等在“surfacemodifiedmxeneti3c2multilayersbyaryldiazoniumsaltsleadingtolarge-scaledelamination”一文中采用芳基重氮盐表面改性手法来分层多层mxene，该方法首先要进行na+插层，然后用磺胺酸重氮盐进行表面改性，超声之后导致大规模分层，但是该实验操作条件苛刻复杂，不经济。
技术实现要素：
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种ti3c2mxene纳米片材料的制备方法，用该方法制备的ti3c2mxene材料具有较大的层间距和比表面积，操作条件简单，经济高效，可用作锂离子电池及超级电容器电极材料。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种ti3c2mxene纳米片材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按质量比1.0～2.0:7.0～9.0:1将钛铝碳粉体、氢氟酸溶液与十六烷基三甲基溴化铵加入到耐腐蚀容器中，于20～60℃条件下搅拌6～60h，得到ctab插层ti3c2混合液；
步骤二、将ctab插层ti3c2混合液离心处理，水洗至上清液呈中性，过滤取沉淀，得ctab插层ti3c2多层材料；
步骤三、向ctab插层ti3c2多层材料中加入水超声30～120min，冷冻干燥，得到ctab插层ti3c2纳米片粉末材料。
优选的是，步骤一中所述钛铝碳粉体中ti3alc2>95wt.％，粒径为200～400目。
优选的是，步骤一中所述氢氟酸溶液浓度为49wt.％。
优选的是，步骤一中所述耐腐蚀容器为聚四氟乙烯材质。
优选的是，步骤二中所述离心处理的转速为3000～10000r/min。
优选的是，步骤三中所述冷冻干燥的温度为-70～-30℃。
优选的是，步骤三中所述冷冻干燥在真空下进行。
一种ti3c2mxene纳米片材料，利用ti3c2mxene纳米片材料的制备方法制备而成。
本发明至少包括以下有益效果：
采用氢氟酸和十六烷基三甲基溴化铵(ctab)共同刻蚀，不仅达到剥离al层的目的，同时还能进行cta+基团的插层，引起片层间的膨胀，而反过来这种膨胀又削弱ti3c2层间的键合，经过超声导致多层ti3c2分层，该方法经济高效、操作简单、耗时短；
采用表面活性剂ctab是由疏水的有机长链及亲水的季胺基团组成，体积较大，经ctab插层后的mxene层间距比插入其它金属阳离子和小分子超声处理后易得到大规模的mxene纳米片，增大了mxene的比表面积，同时ctab为mxene表面提供更多的活性位点，因而该方法制备的ti3c2mxene纳米片用于锂离子电池及超级电容器电极时，可提高电极材料的质量比容量；
本发明制备的ti3c2mxene纳米片材料经检测：层间距为1.00～1.60nm，比表面积为8～24m2/g，用于锂离子电池负极材料在1c的条件下循环100次后稳定的放电比容量为400～800mah/g；
本发明具有操作条件简单、经济高效的有益效果；所制备的ti3c2mxene纳米片材料层间距和比表面积大，应用于锂离子电池电极材料中有较高的质量比容量。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
本发明提供一种ti3c2mxene纳米片材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按质量比1.0～2.0:7.0～9.0:1将钛铝碳粉体、氢氟酸溶液与十六烷基三甲基溴化铵加入到耐腐蚀容器中，于20～60℃条件下搅拌6～60h，得到ctab插层ti3c2混合液；
步骤二、将ctab插层ti3c2混合液离心处理，水洗至上清液呈中性，过滤取沉淀，得ctab插层ti3c2多层材料；
步骤三、向ctab插层ti3c2多层材料中加入水超声30～120min，冷冻干燥，得到ctab插层ti3c2纳米片粉末材料。
步骤一中所述钛铝碳粉体中ti3alc2>95wt.％，粒径为200～400目。
步骤一中所述氢氟酸溶液浓度为49wt.％。
步骤一中所述耐腐蚀容器为聚四氟乙烯材质。
步骤二中所述离心处理的转速为3000～10000r/min。
步骤三中所述冷冻干燥的温度为-70～-30℃。
步骤三中所述冷冻干燥在真空下进行。
一种ti3c2mxene纳米片材料，利用所述的ti3c2mxene纳米片材料的制备方法制备而成。
<实施例1>
ti3c2mxene纳米片材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按质量比1:7:1将钛铝碳粉体、氢氟酸溶液与十六烷基三甲基溴化铵加入到耐腐蚀容器中，于20℃条件下搅拌60h，得到ctab插层ti3c2混合液；
步骤二、将ctab插层ti3c2混合液离心处理，水洗至上清液呈中性，过滤取沉淀，得ctab插层ti3c2多层材料；
步骤三、向ctab插层ti3c2多层材料中加入水超声30min，-30℃冷冻干燥12h，得到ctab插层ti3c2纳米片粉末材料。
本实施例制备的ti3c2mxene纳米片材料经检测：层间距为1.00nm；比表面积为8m2/g；用于锂离子电池负极材料在1c的条件下循环100次后稳定的放电比容量为400mah/g。
<实施例2>
ti3c2mxene纳米片材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按质量比1.5:8:1将钛铝碳粉体、氢氟酸溶液与十六烷基三甲基溴化铵加入到耐腐蚀容器中，于40℃条件下搅拌35h，得到ctab插层ti3c2混合液；
步骤二、将ctab插层ti3c2混合液离心处理，水洗至上清液呈中性，过滤取沉淀，得ctab插层ti3c2多层材料；
步骤三、向ctab插层ti3c2多层材料中加入水超声60min，-50℃冷冻干燥28h，得到ctab插层ti3c2纳米片粉末材料。
本实施例制备的ti3c2mxene纳米片材料经检测：层间距为1.30nm；比表面积为16m2/g；用于锂离子电池负极材料在1c的条件下循环100次后稳定的放电比容量为700mah/g。
<实施例3>
ti3c2mxene纳米片材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按质量比2:9:1将钛铝碳粉体、氢氟酸溶液与十六烷基三甲基溴化铵加入到耐腐蚀容器中，于60℃条件下搅拌6h，得到ctab插层ti3c2混合液；
步骤二、将ctab插层ti3c2混合液离心处理，水洗至上清液呈中性，过滤取沉淀，得ctab插层ti3c2多层材料；
步骤三、向ctab插层ti3c2多层材料中加入水超声120min，-70℃冷冻干燥48h，得到ctab插层ti3c2纳米片粉末材料。
本实施例制备的ti3c2mxene纳米片材料经检测：层间距为1.60nm；比表面积为24m2/g；用于锂离子电池负极材料在1c的条件下循环100次后稳定的放电比容量为900mah/g。
<实施例4>
ti3c2mxene纳米片材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按质量比1.75:8.5:1将钛铝碳粉体、氢氟酸溶液与十六烷基三甲基溴化铵加入到耐腐蚀容器中，于50℃条件下搅拌24h，得到ctab插层ti3c2混合液；
步骤二、将ctab插层ti3c2混合液离心处理，水洗至上清液呈中性，过滤取沉淀，得ctab插层ti3c2多层材料；
步骤三、向ctab插层ti3c2多层材料中加入水超声75min，-60℃冷冻干燥36h，得到ctab插层ti3c2纳米片粉末材料。
本实施例制备的ti3c2mxene纳米片材料经检测：层间距为1.45nm；比表面积为20m2/g；用于锂离子电池负极材料在1c的条件下循环100次后稳定的放电比容量为850mah/g。
<实施例5>
ti3c2mxene纳米片材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按质量比1.25:7.5:1将钛铝碳粉体、氢氟酸溶液与十六烷基三甲基溴化铵加入到耐腐蚀容器中，于30℃条件下搅拌50h，得到ctab插层ti3c2混合液；
步骤二、将ctab插层ti3c2混合液离心处理，水洗至上清液呈中性，过滤取沉淀，得ctab插层ti3c2多层材料；
步骤三、向ctab插层ti3c2多层材料中加入水超声45min，-40℃冷冻干燥20h，得到ctab插层ti3c2纳米片粉末材料。
本实施例制备的ti3c2mxene纳米片材料经检测：层间距为1.15nm；比表面积为12m2/g；用于锂离子电池负极材料在1c的条件下循环100次后稳定的放电比容量为550mah/g。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。