一步用氧化MXenes 在无序石墨碳的薄板上合成纳米过渡金属氧化物。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910327271.0(22)申请日 2019.04.23(71)申请人 中北大学地址 030051 山西省太原市尖草坪区学院路3号(72)发明人 祁贵生　刘有智　范红蕾　焦纬洲　任慧云　(74)专利代理机构 太原市科瑞达专利代理有限公司 14101代理人 申艳玲(51)Int.Cl.C02F 1/28(2006.01)B01J 20/20(2006.01)B01J 20/28(2006.01)B01J 20/30(2006.01)B82Y 30/00(2011.01)C02F 101/20(2006.01)(54)发明名称一种氧化石墨烯修饰的纳米零价铁复合材料及其超重力制备方法(57)摘要本发明公开了一种氧化石墨烯修饰的纳米零价铁复合材料及其超重力制备方法。

将氧化石墨烯与金属盐配制成混合溶液，然后与还原剂同时送入超重力反应器中反应，反应结束后磁分离反应产物，用去离子水或无水乙醇反复清洗至中性，冷冻干燥得到氧化石墨烯修饰纳米零价铁复合粒子。

本发明一步制备氧化石墨烯修饰纳米零价铁复合材料，具有工艺简单、反应时间短、成本低、可规模化生产的特点，同时制备的氧化石墨烯修饰纳米零价铁复合材料分散性好、稳定性好、反应活性高、粒径小，具有工业化应用前景。

权利要求书2页 说明书7页 附图3页CN 110330068 A 2019.10.15C N 110330068A1.一种氧化石墨烯修饰的纳米零价铁复合材料的超重力制备方法，其特征在于：将氧化石墨烯与金属盐配制成混合溶液，然后与还原剂同时送入超重力反应器中反应，反应结束后磁分离反应产物，用去离子水或无水乙醇反复清洗至中性，冷冻干燥得到氧化石墨烯修饰纳米零价铁复合粒子；所述金属盐为亚铁盐或铁盐。

2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯修饰的纳米零价铁复合材料的超重力制备方法，其特征在于：具体步骤如下：(1) 配制氧化石墨烯和金属盐的混合溶液：将氧化石墨烯分散于去离子水溶液中配制成氧化石墨烯浓度为0.1~2.0 mg/mL的溶液；然后向其中加入金属盐，配制成金属离子浓度为0.05~2.5 mol/L的氧化石墨烯和金属盐的混合溶液；(2) 配制还原剂溶液：采用硼氢化钠或硼氢化钾为还原剂，按BH 4-和金属离子的摩尔比为2:1~3:1；所述金属离子为亚铁离子或铁离子；(3) 合成氧化石墨烯修饰纳米零价铁的纳米复合粒子：分别将氧化石墨烯和金属盐的混合溶液、还原剂水溶液置于储液槽中，等体积的两股反应物料输送至超重力反应器中，通过液体分布器由喷嘴喷出，在填料内被剪切发生碰撞，在任一时刻上述混合溶液与还原剂水溶液均按照设定的比例进行混合，反应生成氧化石墨烯修饰纳米零价铁的纳米复合颗粒；（4）反应结束后，磁分离反应产物，用去离子水和无水乙醇反复清洗至中性，在-56℃、2 KPa条件下冷冻干燥6~10 h，得到氧化石墨烯修饰的纳米零价铁复合材料。

单层mxene制备单层MXene制备引言单层MXene是一种新型的二维材料，具有优异的电子、光学和热学性质，因此在能源储存、传感器、光电子器件等领域具有广泛的应用潜力。

本文将介绍单层MXene的制备方法及其相关研究进展。

一、MXene的概念及特性MXene是一类由过渡金属碳化物（Transition Metal Carbides，TMCs）或氮化物（Transition Metal Nitrides，TMNs）组成的二维材料。

MXene的独特之处在于其具有可剥离的层状结构，其中过渡金属原子层与碳或氮原子层之间通过化学键相连。

MXene的层间空隙可用于嵌入或吸附其他分子或离子，从而赋予MXene优异的性能。

二、单层MXene的制备方法制备单层MXene的方法主要有机械剥离法、化学剥离法和化学气相沉积法。

1. 机械剥离法机械剥离法是最早被采用的制备单层MXene的方法之一。

该方法通过将MXene与粘性胶带或其他黏性材料粘合，然后迅速剥离，从而获得单层MXene。

机械剥离法简单易行，但其局限性在于无法精确控制单层MXene的尺寸和形态。

2. 化学剥离法化学剥离法是目前制备单层MXene的主要方法之一。

该方法将多层MXene与具有强氧化性的溶液（如氧化剂或强酸）反应，使得层与层之间的化学键断裂，从而实现MXene的剥离。

化学剥离法可以控制单层MXene的尺寸和形态，并且可以通过调节剥离条件实现对MXene性能的调控。

3. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种新兴的制备单层MXene的方法。

该方法通过将金属源和碳源或氮源一起加热，使其在高温下发生反应生成MXene。

化学气相沉积法可以控制单层MXene的晶格结构和形态，并且可以在沉积过程中引入其他元素，从而实现对MXene性能的调控。

三、单层MXene的性能与应用单层MXene具有一系列优异的性能，使其在能源储存、传感器、光电子器件等领域具有广泛的应用潜力。

第37卷 第1期 陕西科技大学学报 V o l.37N o.1 2019年2月 J o u r n a l o f S h a a n x iU n i v e r s i t y o f S c i e n c e&T e c h n o l o g y F e b.2019* 文章编号:2096-398X(2019)01-0095-06一步水热法制备T i O 2/T i3C2纳米复合材料及其光催化性能朱建锋,高 妍,赵 婷,王 芬,牛冬娟(陕西科技大学材料科学与工程学院,陕西西安 710021)摘 要:通过一步水热法制备出了T i O2/T i3C2复合材料.该复合物是将T i O2晶体颗粒生长在二维层状T i3C2上,得到的复合材料结合了T i O2优异的光催化性能以及T i3C2良好的电子传输性能.通过X R D㊁S E M㊁T E M㊁B E T等手段分析研究了T i O2/T i3C2复合材料的物相组成和显微结构,并对其进行了光催化性能测试.这种结合有利于光照条件下产生的光生载流子快速的分离和传输,达到加快光催化降解有机染料的目的.结果表明,T i O2/T i3C2复合材料的光催化降解效率明显优于T i3C2和T i O2.关键词:T i O2/T i3C2;二维材料;水热法;光催化性能中图分类号:T G146.2;T G166.3 文献标志码:AP r e p a r a t i o no fT i O2/T i3C2n a n o c o m p o s i t e s b y o n e-s t e ph y d r o t h e r m a lm e t h o da n d i t s p h o t o c a t a l y t i c a c t i v i t yZ HUJ i a n-f e n g,G A O Y a n,Z H A O T i n g,WA N GF e n,N I U D o n g-j u a n (S c h o o l o fM a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g,S h a a n x iU n i v e r s i t y o fS c i e n c e&T e c h n o l o g y,X i'a n710021,C h i n a)A b s t r a c t:I n t h i s s t u d y,T i O2/T i3C2n a n o c o m p o s i t e sw e r e s u c c e s s f u l l y s y n t h e s i z e db y a s i m-p l e o n e-s t e p h y d r o t h e r m a lm e t h o d.T h e c o m p o s i t e i s o b t a i n e db yg r o w i n g T i O2c r y s t a l p a r t i-c l e s o nt w o-d i me n s i o n a l l a y e r e d T i3C2,a n dt h ec o m p o s i t e m a t e r i a l c o m b i n e st h ee x c e l l e n tp h o t o c a t a l y t i c p e r f o r m a n c eo fT i O2a n dt h e g o o de l e c t r o nt r a n s p o r t i n gp r o p e r t y o fT i3C2.T h e p h a s ec o m p o s i t i o n a n d m i c r o s t r u c t u r eo f T i O2/T i3C2c o m p o s i t e s w e r ea n a l y z e d b y X R D,S E M,T E Ma n dB E T,a n d t h e i r p h o t o c a t a l y t i c p r o p e r t i e sw e r e t e s t e d.T h i s c o m b i n a t i o nf a c i l i t a t e s t h e r a p i ds e p a r a t i o na n dt r a n s m i s s i o no f p h o t og e n e r a t e dc a r r i e r s g e n e r a t e du n d e r i l l u m i n a t i o n c o n d i t i o n s,a n d a chi e v e s t h e p u r p o s e o f a c c e l e r a t i n g p h o t o c a t a l y t i c d e g r a d a t i o n o fo r g a n i cd y e s.T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e p h o t o c a t a l y t i cd e g r a d a t i o ne f f i c i e n c y o fT i O2/T i3C2c o m p o s i t e s i s s i g n i f i c a n t l y b e t t e r t h a n t h a t o fT i3C2a n dT i O2.K e y w o r d s:T i O2/T i3C2;t w o-d i m e n s i o n a lm a t e r i a l;h y d r o t h e r m a lm e t h o d;p h o t o d e g r a d a t i o n*收稿日期:2018-08-24基金项目:国家自然科学基金项目(51572158,51272154)作者简介:朱建锋(1973-),男,甘肃静宁人,教授,博士,研究方向:功能复合材料Copyright©博看网 . All Rights Reserved.陕西科技大学学报第37卷0 引言为了应对日益增加的环境和能源问题,光催化被认为是一种有前景的清洁环境和可持续能源的方法.近年来,发现金属氧化物半导体在光照下对有害有机物降解为危害较小的分子具有良好的光催化活性.T i O2光催化剂由于其化学性质稳定,廉价易得,催化性高,氧化能力高,降解完全和可以重复使用等优点,在降解有毒有机污染物,污水处理,光电转换,清洁材料的制备等方面受到了广泛关注.然而T i O2还存在带隙较宽(约3.2e V),只能在波长小于378n m的紫外区显示光化学活性,对太阳能的利用率小于10%,同时其光生电子和空穴容易发生复合等问题,从而使得光催化效率降低.因此,一系列的策略已经被开发,以合成二氧化钛基纳米复合材料,用于抑制电子空穴重组和扩大光吸收范围,如贵金属负载[1],离子掺杂[2],以及与半导体[3],金属氧化物[4],和碳材料[5]复合.特别是,在含碳材料和二氧化钛的结合上有广泛的关注,因为它们二者组合的协同性能够达到增强光催化性能的目的[6].最近,二维(2D)的过渡金属的碳化物或碳氮化物M X e n e s因其独特的性能已经被广泛研究[7,8].T i3C2纳米片是目前研究最多的M X e n e,其可以通过用H F选择性刻蚀和剥落T i3A l C2容易地获得.T i3A l C2是典型的MA X相材料,它可认为是一种金属与陶瓷之间的复合物,同时兼具金属和陶瓷的优良性能.因此,T i3C2具有高的导电性和类石墨烯状二维层状结构,被认为是锂离子电池(L I B)阳极[9],锂硫电池[10],和电化学电容器的储能材料[11],也正是因为独特的层状结构形态,使其具有良好的分散性和稳定性,也使T i3C2作为染料的吸附剂[12]和作为催化剂的载体[13].T i3C2已被广泛认为是一类高性能光催化剂[14].由于提供了一个T i O2和碳材料复合的天然平台,T i3C2作为复合材料的基体可延长电子-空穴对的寿命,调节带隙,吸附反应物[14,15].在近几年的研究中,二维纳米M X e n e s相材料(T i3C2,T i2C等)在制备和性能研究方面取得了显著的成果[16-18],但是目前对M X e n e s相结构的负载以及其复合材料在光催化领域的研究较少.本文采用钛酸丁酯为钛源,采用一步水热法制备了T i O2/ T i3C2纳米复合材料.该复合材料可有效分离光生电子和空穴,减小带隙,提高光催化效率.在这里,我们提出了一种可能的复合材料机制,以提高光催化降解性能.1 实验部分1.1 原料碳化钛粉(T i C)㊁钛粉(T i)㊁铝粉(A l)㊁氢氟酸(H F)㊁钛酸丁酯(C16H36O4T i)㊁无水乙醇(C2H5OH)等.1.2 T i3A l C2与T i3C2的制备T i3A l C2是通过真空无压烧结T i C㊁T i和A l 而制成的.将混合物通过低能球磨,真空烧结和高能球磨,最后在40℃下干燥24h.详细内容参见文献[19].通过40%H F溶液在室温磁力搅拌24h,蚀刻T i3A l C2中的A l,制备出二维层状T i3C2.然后离心,用去离子水彻底冲洗得到的悬浮液,乙醇洗涤几次,直至p H值达到中性,然后在40℃干燥,成功制备出T i3C2粉末[20].1.3 T i O2/T i3C2复合材料的制备称取0.6g的T i3C2分散在30m L去离子水中,进行超声处理至溶液均匀透明无沉淀.量取1.7m L钛酸丁酯溶于9m L无水乙醇中,缓慢加入上述溶液.将该溶液搅拌3h置于水热反应釜中,在150℃下水热反应12h.反应完成后进行离心,水洗三次,醇洗三次反应溶液,将其在60℃条件下干燥12h,研磨,得T i O2/T i3C2复合材料. T i O2/T i3C2复合材料的制备工艺如图1所示.图1 T i O2/T i3C2复合材料的制备工艺为了进行对比实验,在150℃条件下,对纯钛酸丁酯进行水热处理,得到150℃T i O2,其制备过程与T i O2/T i3C2复合材料的制备过程完全相同.1.4 测试与表征X射线衍射分析(X R D)可以在5°~80°的角度范围内探索材料的结构.通过场发射扫描电子显微镜(S E M,H i t a c h iS4800)和透射电子显微镜(T E M;F E I公司T e c n a i G220S t w i n,200k V)观察纳米复合材料的表面形貌和微观结构.能量色散型X射线分析仪(E D S)可以进行元素分析.通过N2吸附脱附法测试材料的比表面积.使用紫外可见分光光度计(Y Q2015001210)接收光学吸收光谱.1.5 光催化性能测试样品的光催化性能通过在500W汞灯(B i-㊃69㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.第1期朱建锋等:一步水热法制备T i O2/T i3C2纳米复合材料及其光催化性能l a n g,中国)下光催化降解甲基橙(MO)染料来评估.首先,将30m g光催化剂溶解于50m L MO溶液(20m g/L)中并在黑暗条件下搅拌1h,直到MO溶液和催化剂之间建立吸附平衡.然后进行光反应.在照射过程中,每15m i n取出4m L溶液,以8000r/m i n的速度离心,取出上清液,并在2600U V-v i s分光光度计上测量MO溶液的吸光度.2 结果与讨论2.1 T i O2/T i3C2复合材料的物相分析对实验所得的粉末进行X R D测试,结果如图2所示.图2从下到上依次为T i3C2㊁T i O2和T i O2/T i3C2纳米复合材料的X R D图谱.从T i3C2的X R D图谱中可以看出,分别在2θ为9.08°㊁18.51°㊁27.90°㊁35.90°㊁41.71°㊁60.80°时出现了衍射峰,分别对应于T i3C2的(002)㊁(006)㊁(008)㊁(0010)㊁(0012)㊁(110)晶面,这与文献中报道的T i3C2衍射峰一致[21].所制备的T i O2X R D 图谱与标准T i O2的P D F卡片(P D F#21-1272)十分吻合.从图谱中可以看出,在2θ位于25.28°㊁37.80°㊁48.05°㊁53.89°㊁55.06°处,分别对应(101)㊁(004)㊁(200)㊁(105)㊁(204)晶面.T i O2/ T i3C2纳米复合材料的X R D图谱中所有的衍射峰与T i O2和T i3C2的特征峰吻合,表明T i O2/T i3C2复合材料为T i O2与T i3C2的共存结构.图2 T i3C2㊁T i O2和T i O2/T i3C2复合材料X R D图2.2 T i O2/T i3C2复合材料的形貌分析图3为T i3C2㊁T i O2㊁T i O2/T i3C2复合材料的S E M图以及T i O2/T i3C2的E D A X图.图3(a)显示了T i3C2的形态,这种分层的手风琴状结构可以在所示的局部放大图3(b)中更清晰地看到.图3(c)㊁3 (d)为所制备的T i O2的S E M图,其中图3(d)是图3(c)的局部放大图,从图中可以看出纯T i O2产物表现出的平均尺寸为1~4μm,它是由大量小的不规则颗粒聚集而成,这些不规则颗粒的尺寸约为80n m.这些纳米颗粒是锐钛矿型T i O2纳米颗粒,由图2中的X R D结果证实.图3(e)㊁3(f)为T i O2/ T i3C2复合材料的S E M图,在水热法之后,T i3C2的层状形态保留,并且在层的边缘和边缘处可以观察到尺寸约为20n m的不规则形状的颗粒.这些夹层纳米颗粒的存在有效地防止了T i3C2片的累积.同时,与纯T i O2样品相比,T i O2/T i3C2复合材料中T i O2颗粒尺寸减小,团聚现象也明显减少.这意味着这种T i O2/T i3C2复合材料具有大的特定表面积和高表面能.图3(g)为T i O2/T i3C2复合材料中对应的T i㊁O和C元素分布图,能看到T i㊁O和C元素均匀分布在T i3C2片层以及层间,可以表明T i O2颗粒负载到了T i3C2上.(a)㊁(b)T i3C2的S E M图(c)㊁(d)T i O2的S E M图(e)㊁(f)T i O2/T i3C2复合材料的S E M图(g)T i O2/T i3C2及相应T i㊁O㊁C元素的E D A X面扫图图3 T i3C2㊁T i O2和T i O2/T i3C2的S E M图以及T i O2/T i3C2的E D A X图图4显示了T i3C2和T i O2/T i3C2复合材料的T E M和H R T E M图.图4(a)为T i3C2的T E M㊃79㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.陕西科技大学学报第37卷图,从图中可以看出T i 3C 2独特的二维层状类石墨烯结构;图4(b )为T i 3C 2的HR T E M 图像,测得T i 3C 2的晶面条纹间距约为0.98n m ;图4(c )为T i O 2/T i 3C 2复合材料的TE M 图;图4(d )为其相对应的H R T E M 图,可以看出许多T i O 2纳米颗粒均匀地附着在T i 3C 2薄片上,形成夹心状结构.并且测量到0.36n m 的晶格间距,这归属于锐钛矿的(101)晶面.这些结果证实了T i O 2颗粒成功负载到了T i 3C 2二维层状材料上了,这与X R D ㊁S E M 结果吻合.T i O 2/T i 3C 2复合材料的夹层结构有利于提供更多的接触界面,以加速它们之间的电荷载流子迁移.经测量,图4(a )中T i 3C 2的层间距约为120n m ,而图4(c )中T i O 2/T i 3C 2复合材料的层间距约为183n m ,这表明T i O 2颗粒的引入不仅能有效防止T i 3C 2层的堆积,还可以增大其层间距,并增加材料的比表面积.(a )T i 3C 2的T E M 图 (b )T i 3C 2的HR T E M图(c )T i O 2/T i 3C 2的T E M 图(d )T i O 2/T i 3C 2的HR T E M 图图4 T i 3C 2与T i O 2/T i 3C 2复合材料的T E M 与H R T E M 图谱2.3 T i O 2/T i 3C 2复合材料的比表面积及孔径分析图5为T i 3C 2和T i O 2/T i 3C 2复合材料的N 2吸附脱附等温曲线和孔径分布曲线.从图5(a )可以看出,T i 3C 2和T i O 2/T i 3C 2复合材料的比表面积分别为6.0211m 2g -1㊁109.8946m 2g -1.负载后的比表面积有了很大程度的提高,T i O 2/T i 3C 2复合材料的比表面积是T i 3C 2近18.25倍,这可能是由于大量细小的T i O 2颗粒成功嵌入到T i 3C 2层间,可防止T i 3C 2片层的堆积,进而扩大片层之间的距离.图5(b )为T i 3C 2和T i O 2/T i 3C 2复合材料的孔径分布曲线.从图5(b )可以看出,T i O 2/T i 3C 2复合材料大部分的孔体积位于20~100n m ,且主峰位置大约在82n m.应该指出的是,复合材料具有比T i 3C 2大得多的孔体积.实验结果表明,较大的比表面积和较多的孔径有利于增加染料与光催化剂的接触面积,表面的活性位点越多,从而提高光催化剂降解的性能.(a )T i 3C 2和T i O 2/T i 3C 2复合材料的N 2吸附脱附等温曲线(b )T i 3C 2和T i O 2/T i 3C 2复合材料的孔径分布曲线图5 T i 3C 2和T i O 2/T i 3C 2复合材料的N 2吸附脱附等温曲线与孔径分布曲线2.4 T i O 2/T i 3C 2复合材料的光降解性能分析从图6可以看出T i 3C 2㊁T i O 2和T i 3C 2/T i O 2纳米复合材料的光催化活性,其通过测量甲基橙(MO )的降解作为模型反应.与纯T i O 2和T i 3C 2相比,T i 3C 2/T i O 2纳米复合材料明显显示较高的光催化活性.在最初的30m i n 内,甲基橙被T i 3C 2/T i O 2复合材料迅速降解,而制备的T i O 2的光催化降解性能相对较差,T i 3C 2最差.降解60m i n 后,T i O 2/T i 3C 2纳米复合材料的降解效率达到90%,远高于T i O 2(38%)和T i 3C 2(28%)的降解效率.从图6可以看出,T i 3C 2在曲线的起点降解率小于1,说明其在暗反应阶段对染料还有一定的吸附作用,在光反应阶段也存在一定的光催化性能.㊃89㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.第1期朱建锋等:一步水热法制备T i O2/T i3C2纳米复合材料及其光催化性能这些实验的现象表明,T i3C2/T i O2纳米复合材料在U V光照射下显示出比纯T i O2和T i3C2更有效的光催化降解性能,这可能是由于T i3C2和T i O2的协同作用,T i3C2有类似于石墨烯独特的结构[20],同时兼具金属和陶瓷的优良性能,特别是高的电子传输效率可以有效地促进电子转移,这可以有效地减少电子-空穴对的复合,从而促进降解速率[22].图6 T i3C2㊁T i O2㊁T i O2/T i3C2复合材料对甲基橙的光催化降解曲线图图7是T i3C2㊁T i O2与T i O2/T i3C2纳米复合材料的光吸收性能图.从图7可以看出,T i3C2在200~800n m的波长范围内对光均有良好的吸收,说明T i3C2既可以吸收紫外光也可以吸收可见光; T i O2只吸收紫外光,对大于400n m波长的光几乎无吸收;相比之下,T i3C2/T i O2纳米复合材料表现出更宽的光吸收,400n m以上的光吸收明显比纯T i O2高,这可能归因于碳质材料的独特吸附[22],但比T i3C2低,这是由于T i O2的形成.结合文献[22]可知,T i3C2带隙窄且载流子迁移率高,表现出了金属性,因此,T i3C2/T i O2纳米复合材料的光催化活性增强可能是由于存在金属T i3C2,其与T i O2杂化可能有利于光吸收和光催化反应.图7T i3C2㊁T i O2和T i O2/T i3C2复合材料的紫外-可见吸收光谱图8为T i O2/T i3C2的可能光催化机理.其中,图8(a)是T i O2/T i3C2复合材料的电荷转移图,可用密度泛函理论解释.通过文献[23]可知, T i3C2的费米能级相对于正常氢电极(N H E)为-0.04e V.T i O2的带隙为3.09e V,其导带相对于NH E位于-0.25e V,这比T i3C2的费米能级更负,表明将光生电子从T i O2转移到T i3C2是可行的.图8(b)显示了T i O2/T i3C2复合材料的光催化增强机理.首先,T i O2颗粒的成功嵌入产生了大的比表面积,这确保了T i O2/T i3C2复合材料表面上的大量活性位点;其次,在暴露于紫外光时,光生电子和空穴被分离.由于T i3C2的费米能级与T i O2导带之间的差异非常小,电子转移的能垒有效降低,光生电子很容易迁移到T i3C2界面;第三,由于T i3C2具有良好的电子传输类型,T i O2/ T i3C2复合材料具有高电子空穴分离效率并且可以有效地降低复合率.因此,复合材料的T i O2/ T i3C2光催化活性得到显著改善.(a)T i O2/T i3C2复合材料的电荷转移图示(b)T i O2/T i3C2纳米复合材料可能的光催化机理的示意图图8 T i O2/T i3C2复合材料的电荷转移及机理示意图3 结论本实验是由钛酸丁酯为钛源,采用简单的一步水热法成功制备了T i O2/T i3C2纳米复合材料.实验结果表明:T i O2/T i3C2纳米复合材料对于甲基橙的降解明显优于T i O2和T i3C2,这可能是由于㊃99㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.陕西科技大学学报第37卷两者的协同作用,T i O2颗粒进入到T i3C2层间,可以防止T i3C2层的坍塌并增大层间距,从而增大比表面积,较大的比表面积有利于染料与催化剂的接触,增加活性位点;而T i3C2由于良好的电子传输性能,有利于光生载流子的分离和快速传输;T i O2与T i3C2的结合还可以有效减少其禁带宽度,增强对光的吸收效率,从而进一步增强光催化效率.参考文献[1]Z h e n g Z,H u a n g B,Q i nX,e t a l.F a c i l e i n s i t us y n t h e s i s o fv i s i b l e-l i g h t p l a s m o n i c p h o t o c a t a l y s t sM@T i O2(M=A u,P t,A g)a n de v a l u a t i o no f t h e i r p h o t o c a t a l y t i c o x i d a t i o no fb e n z e n et o p h e n o l[J].J o u r n a lo f M a t e r i a l s C h e m i s t r y,2011,21(25):9079-9087.[2]N d o n g LBB,I b o n d o u M P,G uX,e t a l.E n h a n c e d p h o t o-c a t a l y t i c a c t i v i t y o fT i O2n a n o s h e e t sb yd o p i n g w i t h C uf o r c h l o r i n a t e ds o l v e n t p o l l u t a n t sd eg r a d a t i o n[J].I n d u s-t r i a l&E n g i n e e r i n g C h e m i s t r y R e s e a r c h,2014,53(53):1368-1376.[3]L a b i a d h H,C h a a b a n eT B,B a l a nL,e ta l.P r e p a r a t i o 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mxene制备方程式
Mxene是一种新型的二维材料，具有高比表面积、导电性能和化学稳定性等特点，因此在能源、电子、催化等领域具有广泛的应用前景。

下面介绍mxene的制备方程式。

制备Mxene的一般步骤包括以下几个过程：
1. 将原料粉末与氢氟酸混合并在低温下反应，得到Mxene前驱体。

2. 将Mxene前驱体分散在水中，并加入氢氧化钠溶液，使其水解生成Mxene。

3. 用乙醇洗涤Mxene，以去除杂质。

4. 将洗涤后的Mxene在真空中干燥，得到纯净的Mxene。

其中，M表示过渡金属，x表示层状结构的碳和氮元素取代度，n 表示前驱体中H原子的数量，一般取决于反应条件和原料。

Mxene制备的具体方程式如下：
M（OH）n（F）m + (CH3)2NH2+·HF → M（OH）n（F）m-1（NH2CH3）1（HF）1+ + H2O
M（OH）n（F）m-1（NH2CH3）1（HF）1+ + NaOH → M（OH）n （F）m-1（OH）1（NH2CH3）1 + NaF
M（OH）n（F）m-1（OH）1（NH2CH3）1 + H2O → M（OH）n（OH）1 + H2O + NH2CH3F
M（OH）n（OH）1 + nHF → M（F）n + nH2O
以上是Mxene制备的基本方程式，在实际操作中还需要根据具体
情况进行调整和优化。

例如，反应条件、溶剂、洗涤方法等因素都会影响Mxene的制备效果和质量。

因此，为了得到高质量的Mxene材料，需要在实验中不断优化和改进制备方法。

专利名称：一种MXenes复合材料及其制备方法与应用专利类型：发明专利
发明人：王安祺,郭淑雅
申请号：CN202210120250.3
申请日：20220208
公开号：CN114471660A
公开日：
20220513
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公布了一种MXenes复合材料及其制备方法与应用。

所述复合材料为单原子修饰的金属氧化物/MXenes复合材料，所述金属氧化物为氧化铁、氧化铜、氧化锰、氧化钴、氧化钨中的至少一种；所述单原子为Au、Ag、Pb、Pa、Fe、Cu、Co、Mn中的至少一种。

本发明通过单原子修饰金属氧化物/MXenes得到纳米片组装的三维中空微球结构材料，不仅克服了MXenes纳米材料易团聚的缺点，而且经过单原子和金属氧化物修饰后的MXenes材料具有优异的光催化性能，对水中的有机污染物的去除效率高达100％，光催化产氢量可达1540μmol/g·h。

申请人：东莞理工学院
地址：523808 广东省东莞市松山湖科技产业园区大学路1号
国籍：CN
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mxene制备机理MXene的制备主要通过两步法实现，首先是选择合适的前驱物，然后通过剥离和脱氟的方法制备MXene。

常用的前驱物包括MAX相材料，其中M代表过渡金属，A代表元素（如铝、锰等），X代表碳氮等元素。

MAX相材料是一种层状结构材料，具有丰富的应用前景。

在制备MXene的过程中，首先需要将MAX相材料与氢氟酸等强酸进行反应，剥离出A元素和X元素层。

然后，通过洗涤和离心等处理，得到MXene材料。

MXene的制备机理可以从两个方面进行解释。

首先，强酸的作用下，氢氟酸可以溶解MAX相材料中的A元素和X元素层，使其剥离。

氢氟酸中的氟离子可以与MAX相材料中的X元素形成金属氟化物，而酸性条件下，金属氟化物会被溶解。

此外，氢氟酸的强酸性还可以促进MXene层间的层剥离。

其次，在剥离过程中，洗涤和离心等方法可以去除残留的酸性物质和未剥离的层，从而得到纯净的MXene材料。

MXene的制备机理与前驱物的选择密切相关。

选择不同的前驱物可以制备出具有不同性质的MXene材料。

例如，选择不同的过渡金属可以调控MXene的导电性能；选择不同的元素X可以调控MXene的化学性质。

因此，在MXene的制备过程中，合理选择前驱物对于调控材料性能具有重要意义。

总结起来，MXene的制备机理主要包括前驱物的选择、剥离和脱氟的过程。

通过选择合适的前驱物和控制制备条件，可以获得具有不同性质的MXene材料。

了解MXene的制备机理有助于优化制备工艺、改进材料性能，进一步推动MXene在能源储存、传感器和催化剂等领域的应用。

未来的研究将进一步深入探索MXene的制备机理，以及通过调控制备条件实现更多材料性能的调控和应用拓展。

72天津药学Tianjin Pharmacy2021年第33卷第2期MXenes类纳米药物的研究进展白洋王树超2,李梦宜2,彭文畅2(1.天津医科大学总医院，天津300052；2.天津大学医学工程与转化医学研究院，天津300072)摘要二维纳米材料由于具有比表面积大、体内滞留时间长的优势，在生物医药领域中的作用日益凸显。

其中，过渡金属碳化物和氮化物的二维片状材料(MXenes/由于具有较高的生物相容性以及独特的电子和光学特性,近年来已逐渐应用于多个生物医药领域。

针对这一新型的具有药物效应的纳米材料，本文首先综述了各种MXenes的制备工艺,然后阐述了基于MXenes的多种递药系统，如Ti3C2.Nb2C.Ti2C与药物分子、金属纳米颗粒和其他大分子等复合后在癌症治疗、灭杀细菌等生物医药领域中的应用。

最后，阐明了MXenes类纳米药物的稳定性、潜在毒性等局限性，并展望了其在医药应用方面面临的挑战和未来的机遇。

关键词MXenes;纳米药物;肿瘤治疗;抗菌中图分类号:R94文献标识:A文章编号：1006-5687(2021)02-0072-05Advances in the research of MXenes nanodrugsBai Yang1, Wang Shuchao2,Li Mengyi2,Wenchang Peng2(1.General Hospital of Tianjin Medical University,Tianjin300052; 2.Academy of Medical Engineering and TranslationalMedicine,Tianjin University,Tianjin300072)ABSTRACT Due to the advantages of large specific surface area and long residence time in vivo,two-dimensional nanomaterials play an increasingly important role in the field of biomedicine.Among them，transition metal carbide and nitride two-dimensional sheet materials(MXenes/have been gradually applied in many biomedical areas in recent years due to their high biocompatibility and unique electronic and optical properties.Given this new type of nanomaterials with drug effect,this paper firstly reviewed the preparation process of various Mxenes and then describes the applications of multiple drug delivery systems based on Mxenes,such as Ti3C2,Nb z C‘Ti z C and drug molecules,metal nanoparticles,and other macromolecules,which are used in cancer treatment,bacteria-killing and other biomedical fields.Finally,the limitations of the stability and potential toxicity of Mxenes nanodrugs were clarified，and the challenges and opportunities in the pharmaceutical application have prospected.KEY WORDS MXenes;tumor treatment;antibacterial;biological medicine.随着纳米技术的不断革新,纳米药物为医学科学的发展带来了新的前进方向。

《基于GO、MXene改性的锰钴层状双金属氢氧化物电极材料的制备及其电化学性能研究》一、引言随着电动汽车和可穿戴设备的普及，电池性能的需求不断提高，研发高性能的电极材料是关键之一。

其中，锰钴层状双金属氢氧化物（LMO）因其高比容量和良好的循环稳定性而备受关注。

然而，其较低的电子电导率和离子扩散速率限制了其实际应用。

为了解决这一问题，本文提出了一种基于GO（石墨烯氧化物）和MXene改性的LMO电极材料制备方法，并对其电化学性能进行了深入研究。

二、材料制备1. 材料选择与准备本实验选用锰、钴盐作为主要原料，同时引入GO和MXene 作为改性剂。

GO具有优异的导电性和大的比表面积，MXene则具有高电导率和离子传输速率。

2. 制备过程（1）将锰、钴盐按一定比例混合，制备出前驱体溶液；（2）将GO和MXene分散在去离子水中，形成均匀的悬浮液；（3）将前驱体溶液与GO、MXene的悬浮液混合，进行共沉淀反应；（4）将得到的沉淀物进行热处理，得到改性的锰钴层状双金属氢氧化物。

三、结构与性能表征1. 结构分析通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对改性后的LMO材料进行结构分析。

结果表明，GO和MXene的引入改变了LMO的层状结构，使其具有更小的晶粒尺寸和更高的比表面积。

2. 电化学性能测试（1）循环伏安测试（CV）：测试改性LMO材料的循环稳定性和容量；（2）恒流充放电测试：测试改性LMO材料的实际容量和充放电速率；（3）电化学阻抗谱（EIS）：分析改性LMO材料的内阻和离子传输速率。

四、实验结果与讨论1. 实验结果（1）XRD和SEM结果表明，GO和MXene成功引入LMO 材料中，且改性后的LMO具有更优异的结构特性；（2）CV和恒流充放电测试显示，改性LMO材料具有更高的比容量和更好的循环稳定性；（3）EIS测试表明，改性LMO材料的内阻降低，离子传输速率提高。

2. 讨论GO和MXene的引入改善了LMO的电子电导率和离子扩散速率。

DOI: 10.19906/ki.JFCT.2023010超薄MXene 纳米片碱性电催化析氢反应性能段小卉1，刘　堰2，吴　实1，陈　熙1，杨言言1,* ，余钟亮1,*（1. 上饶师范学院 化学与环境科学学院, 江西 上饶 334001；2. 太原理工大学 化学工程与技术学院, 山西 太原 030024）摘　要：以MAX (Ti 3AlC 2)为原料，依次采用蚀刻、剥层的方法制备了MXene （Ti 3C 2T x ）及超薄层MXene 纳米片（MXenenanosheets ，MXene-NS ，即Ti 3C 2T x -NS ）。

通过扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope ，SEM ）、X 射线衍射（X-Ray Diffraction ，XRD ）及X 射线光电子能谱仪（X-Ray Photoelectron Spectroscopy ，XPS ）表征了MXene-NS 的形貌、结构及组成。

采用电化学方法对比了MAX 、MXene 以及MXene-NS 的电催化析氢（Hydrogen Evolution Reaction, HER)性能。

结果表明，与MAX 和MXene 相比，MXene-NS 在1 mol/L KOH 溶液中具有最低的过电位（190 mV @ −10 mA/cm 2）、最小的塔菲尔斜率（168 mV/dec ）、最小的电荷转移电阻以及最大的电活性面积。

此外，在多电流阶跃下，MXene-NS 也展示了良好的电位响应性。

经过长周期的稳定性测试，MXene-NS 的极化曲线并未出现明显衰减，显示了优异的析氢稳定性。

这些结果表明，MXene 的剥层可以有效提高材料的电催化性能，MXene-NS 具有替代贵金属催化剂的潜质。

关键词：MXene 纳米片；析氢反应；电催化；碱性；水分解中图分类号： O646 文献标识码： AUltrathin MXene nanosheets for electrocatalytic hydrogenevolution under alkaline conditionDUAN Xiao-hui 1，LIU Yan 2，WU Shi 1，CHEN Xi 1，YANG Yan-yan 1,*，YU Zhong-liang1,*（1. School of Chemistry and Environmental Science , Shangrao Normal University , Shangrao 334001, China ；2. Department ofChemical Engineering , Taiyuan University of Technology , Taiyuan 030024, China ）Abstract: MXene (Ti 3C 2T x ) was prepared by etching MAX (Ti 3AlC 2) raw material and then ultrathin MXene nanosheets (MXene-NS, namely Ti 3C 2T x -NS) was fabricated by using exfoliating method. The morphology,structure and elemental composition of the MXene-NS were investigated by scanning electron microscopy (SEM),X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The electrocatalytic hydrogen evolution reaction (HER) properties of MAX, MXene and MXene-NS were compared by electrochemical tests. The results revealed that compared with MAX and MXene, in 1 mol/L KOH, MXene-NS exhibited the lowest overpotential(190 mV@ −10 mA/cm 2), the smallest Tafel slope (168 mV/dec), the smallest charge transfer resistance and the largest electrochemical active surface area. In addition, MXene-NS displayed a good potential response vs. current density. Furthermore, after long-term durability test, the polarization curve of MXene-NS was not notably decayed,which demonstrated the excellent stability for hydrogen evolution. All these results indicated that the exfoliation of MXene could effectively improve its electrocatalytic performance and the as-exfoliated MXene-NS was an excellent alternative for replacing the noble metal catalysts.Key words: MXene nanosheets ；hydrogen evolution reaction ；electrocatalytic ；alkaline ；water splitting氢能作为一种绿色、零碳能源，是未来能源发展的重要方向[1,2]，水分解电催化制氢因其对环境污染小[3]、产氢（H 2）和氧（O 2）纯度高[4,5]等特点而被普遍地认为是一种颇具吸引力的制氢技术。