一種二維碳化物負(fù)載金屬單質(zhì)納米粉體、制備方法及其應(yīng)用
【專利摘要】一種二維碳化物負(fù)載金屬單質(zhì)納米粉體、制備方法及其應(yīng)用，（1）將MAX相陶瓷粉末浸沒在溶解氟化鋰的鹽酸溶液中，攪拌，離心分離，經(jīng)去離子水和乙醇清洗，干燥后所得固體粉末即為二維碳化物；（2）將二維碳化物溶于金屬鹽水溶液中制成共混溶液；（3）在攪拌下將還原劑水溶液加入到上述共混溶液中，室溫反應(yīng)0.5?2h，反應(yīng)結(jié)束后，將懸濁液離心所得固體沉淀洗滌、干燥即得二維碳化物負(fù)載金屬單質(zhì)納米粉體。本發(fā)明實現(xiàn)了金屬單質(zhì)納米顆粒在二維碳化物表面及層間的均勻負(fù)載，該方法可以負(fù)載多種金屬單質(zhì)納米顆粒到二維碳化物上，所制備的二維碳化物負(fù)載金屬單質(zhì)納米粉體作為光催化劑在處理污水中有機(jī)污染物領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種二維碳化物負(fù)載金屬單質(zhì)納米粉體、制備方法及其應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于納米復(fù)合材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種二維碳化物負(fù)載金屬單質(zhì)納米粉體、制備方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]MXene是一種具有類石墨稀結(jié)構(gòu)的新型二維碳化物納米材料，由氫氟酸刻蝕三元層狀陶瓷MAX相的活潑金屬層“A”元素而得到的過渡金屬碳化物或碳氮化物，由于其特殊的物化性質(zhì)近年來引起了廣泛的研究。迄今為止，MXene家族包括:Ti3C2、Ti2C、V2C、Nb2C、Mo2C、(TiQ.5NbQ.5)2C、Ti3CN、(VtL5CrtL5)3C2JPTa4C3 等，MXene具有類似于石墨烯的二維片層結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，可被廣泛地應(yīng)用于吸附、催化、超級電容器、鋰離子電池、傳感器等諸多技術(shù)領(lǐng)域。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中研究的工作主要是MXene單組份及負(fù)載氧化物納米復(fù)合材料[ZL201410137498.6]的吸附、鋰電及超級電容器等方面性能，很少研究二維碳化物納米材料與金屬單質(zhì)納米顆粒的負(fù)載。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種二維碳化物負(fù)載金屬單質(zhì)納米粉體、制備方法及其應(yīng)用。
[0005]基于上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
一種二維碳化物負(fù)載金屬單質(zhì)納米粉體的制備方法，包括如下步驟:
(I)將MAX相陶瓷粉末浸沒在溶解有氟化鋰的鹽酸溶液中，攪拌，離心分離，依次用去離子水和乙醇清洗，干燥后所得固體粉末即為二維碳化物(即MXene);
(2 )將二維碳化物(S卩M X e n e )溶于金屬鹽水溶液中制成共混溶液，二維碳化物(S PMXene)在共混溶液中的濃度為8?10g/L;
(3)攪拌下將還原劑水溶液加入到上述共混溶液中，還原劑水溶液與共混溶液的體積比為1:(1-1.2)，室溫反應(yīng)0.5-2h，反應(yīng)結(jié)束后，將所得懸濁液離心，所得固體沉淀洗滌、干燥即得二維碳化物負(fù)載金屬單質(zhì)納米粉體。
[0006]進(jìn)一步地，所述二維碳化物為Ti3C2、Ti2C或V2C。
[0007]金屬鹽水溶液中的金屬鹽為硝酸銀、氯金酸、氯鉑酸、氯化鈀、硝酸鈀、氯化銠、硝酸銠、氯化釕、硝酸釕、氯化鐵、硝酸鐵、硫酸鐵、氯化鈷、硝酸鈷、乙酸鈷、硫酸鈷、氯化鎳、硝酸鎳、硫酸鎳、乙酸鎳、氯化銅、硝酸銅、硫酸銅和乙酸銅中的至少一種，且金屬鹽水溶液的濃度為 0.0l-0.1mol/L。
[0008]還原劑水溶液中的還原劑為NaBH4、KBH4、LiBH4、水合肼和檸檬酸鈉中的一種或兩種以上的組合，且還原劑水溶液的濃度為0.05-0.lmol/L。
[0009 ]采用上述制備方法所制得的二維碳化物負(fù)載金屬單質(zhì)納米粉體。
[0010]上述二維碳化物負(fù)載金屬單質(zhì)納米粉體在光催化降解污水中有機(jī)污染物方面的應(yīng)用。
[0011]本發(fā)明二維碳化物負(fù)載金屬單質(zhì)納米粉體的制備方法不需要添加任何催化劑，且金屬負(fù)載量可調(diào)，反應(yīng)可在不同溫度下進(jìn)行，反應(yīng)條件溫和。本發(fā)明工藝方法簡單、成本低廉、無需特殊工藝設(shè)備、方便高效、實現(xiàn)了金屬單質(zhì)納米顆粒在MXene表面及層間的均勾負(fù)載，該方法可以負(fù)載多種金屬單質(zhì)納米顆粒到MXene上，所制備的二維碳化物負(fù)載金屬單質(zhì)納米粉體作為光催化劑在處理污水中有機(jī)污染物領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明實施例1制備的二維碳化物MXene負(fù)載單質(zhì)Ag納米粉體的場發(fā)射掃描電鏡照片；
圖2為本發(fā)明實施例1制備的二維碳化物MXene及其負(fù)載單質(zhì)Ag納米粉體的X射線衍射圖譜；
圖3為本發(fā)明實施例2制備的二維碳化物MXene負(fù)載單質(zhì)Au納米粉體的場發(fā)射掃描電鏡照片；
圖4為本發(fā)明實施例2制備的二維碳化物MXene及其負(fù)載單質(zhì)Au納米粉體的X射線衍射圖譜；
圖5為本發(fā)明實施例3制備的二維碳化物MXene負(fù)載單質(zhì)Pd納米粉體的場發(fā)射掃描電鏡照片；
圖6為本發(fā)明實施例3制備的二維碳化物MXene及其負(fù)載單質(zhì)Pd納米粉體的X射線衍射圖譜；
圖7為本發(fā)明制備的二維碳化物MXene負(fù)載金屬納米粉體的光催化性能測試結(jié)果，光催化降解效率采用紫外光照后亞甲基藍(lán)平衡濃度(Ct)與光照前亞甲基藍(lán)初始濃度(Co)比值的百分?jǐn)?shù)表示。
【具體實施方式】
[0013]以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此。
[0014]實施例1:
一種二維碳化物負(fù)載金屬單質(zhì)Ag納米粉體的其制備方法，包括如下步驟:
(1)將5gMAX相Ti3AlC2粉末浸沒在溶解有5g氟化鋰的10mL 6M的鹽酸溶液中，40°C溫度下磁力攪拌48h，離心分離沉淀，經(jīng)去離子水清洗至接近中性再采用無水乙醇清洗三遍，將沉淀在80°C溫度下真空干燥12h，所得固體粉末即為二維碳化物；
(2)稱取0.1g硝酸銀溶解在50 mL去離子水中，室溫攪勻;將0.5g二維碳化物固體粉末分散至上述硝酸銀水溶液中制成共混溶液，攪拌均勻；
(3)在劇烈攪拌下將50mL0.lmol/L的NaBH4水溶液緩慢加入上述硝酸銀和二維碳化物的共混溶液中，室溫反應(yīng)2h，反應(yīng)結(jié)束后，將所得懸濁液離心，所得沉淀用去離子水洗滌三次，無水乙醇洗滌三次，真空80°C干燥12h，即得二維碳化物(即MXene)負(fù)載Ag單質(zhì)納米粉體，產(chǎn)物標(biāo)記為A-1，圖1為其場發(fā)射掃描電鏡照片，可以看出，MXene表面負(fù)載的Ag納米顆粒粒徑為20-400nm;圖2為其X射線衍射圖譜，明顯地出現(xiàn)了Ag單質(zhì)的衍射峰。
[0015]實施例2:
一種二維碳化物負(fù)載金屬單質(zhì)Au納米粉體的制備方法，包括如下步驟:
(1)將5gMAX相Ti3AlC2粉末浸沒在溶解有5g氟化鋰的10mL 6M的鹽酸溶液中，40°C溫度下磁力攪拌48h，離心分離沉淀，經(jīng)去離子水清洗至接近中性再采用無水乙醇清洗三遍，將沉淀在80°C溫度下真空干燥12h所得固體粉末即為二維碳化物；
(2)量取1mL0.01g/mL的氯金酸溶液分散在50 mL去離子水中，室溫攪勻;將0.5g二維碳化物固體粉末分散至上述氯金酸水溶液中制成共混溶液，攪拌均勻；
(3)在劇烈攪拌下將50mL0.lmol/L的NaBH4水溶液緩慢加入上述氯金酸和二維碳化物的共混溶液中，室溫反應(yīng)2h，反應(yīng)結(jié)束后，將懸濁液離心，所得沉淀用去離子水洗滌三次，無水乙醇洗滌三次，真空80 °C干燥12h，即得二維碳化物(即MXene )負(fù)載Au單質(zhì)納米粉體，產(chǎn)物標(biāo)記為A-2，圖3為其場發(fā)射掃描電鏡照片，可以看出，MXene表面負(fù)載的Au納米顆粒粒徑為20-200nm;圖4為其X射線衍射圖譜，明顯地出現(xiàn)了Au單質(zhì)的衍射峰。
[0016]實施例3:
一種二維碳化物負(fù)載金屬單質(zhì)Pd納米粉體的制備方法，包括如下步驟:
(1)將5gMAX相Ti3AlC2粉末浸沒在溶解有5g氟化鋰的10mL 6M的鹽酸溶液中，40°C溫度下磁力攪拌48h，離心分離沉淀，經(jīng)去離子水清洗至接近中性再采用無水乙醇清洗三遍，將沉淀在80°C溫度下真空干燥12h所得固體粉末即為二維碳化物；
(2)量取1mL0.01g/mL的氯化鈀溶液分散在50 mL去離子水中，室溫攪勻;將0.5g二維碳化物固體粉末分散至上述氯化鈀水溶液中制成共混溶液，攪拌均勻；
(3)在劇烈攪拌下將50mL0.lmol/L的NaBH4水溶液緩慢加入上述氯化鈀和二維碳化物的共混溶液中，室溫反應(yīng)2h，反應(yīng)結(jié)束后，將懸濁液離心，所得沉淀用去離子水洗滌三次，無水乙醇洗滌三次，真空80°C干燥12h，即得二維碳化物(即MXene)負(fù)載Pd單質(zhì)納米粉體，產(chǎn)物標(biāo)記為A-3，圖5為其場發(fā)射掃描電鏡照片，可以看出，MXene表面負(fù)載的Pd納米顆粒粒徑為10-200nm;圖6為其X射線衍射圖譜，明顯地出現(xiàn)了Pd單質(zhì)的衍射峰。
[0017]二維碳化物負(fù)載金屬單質(zhì)納米粉體在光催化降解有機(jī)染料方面的應(yīng)用:
配制10mg/L的亞甲基藍(lán)(MB)溶液，分別取10mg所制備的二維碳化物、實施例1至3二維碳化物(即MXene)負(fù)載金屬單質(zhì)納米粉體，分別分散在10mL MB溶液中，避光條件下磁力攪拌30min使之平衡吸附，然后將溶液置于光催化裝置下進(jìn)行反應(yīng)，每隔5min取樣離心去除催化劑，隨后采用紫外可見分光光度計進(jìn)行測試。測試結(jié)果如圖7所示，MXene負(fù)載Ag納米粒作為光催化劑在紫外光照15mi η后即可使亞甲基藍(lán)降解90%以上，負(fù)載Au和Pd的為80%和60%，即MXene負(fù)載了金屬單質(zhì)納米粒后的光催化性明顯比純MXene具有更高的光催化效率。
[0018]最后要說明的是，以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)潤飾等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種二維碳化物負(fù)載金屬單質(zhì)納米粉體的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將MAX相陶瓷粉末浸沒在溶解有氟化鋰的鹽酸溶液中，攪拌，離心分離，依次用去離子水和乙醇清洗，干燥后所得固體粉末即為二維碳化物； (2)將二維碳化物溶于金屬鹽水溶液中制成共混溶液，二維碳化物在共混溶液中的濃度為8?10g/L; (3)攪拌下將還原劑水溶液加入到上述共混溶液中，還原劑水溶液與共混溶液的體積比為1:(1-1.2)，室溫反應(yīng)0.5-2h，反應(yīng)結(jié)束后，將所得懸濁液離心，所得固體沉淀洗滌、干燥即得二維碳化物負(fù)載金屬單質(zhì)納米粉體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維碳化物負(fù)載金屬單質(zhì)納米粉體的制備方法，其特征在于，所述二維碳化物為Ti3C2、Ti2C或V2C。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維碳化物負(fù)載金屬單質(zhì)納米粉體的制備方法，其特征在于，金屬鹽水溶液中的金屬鹽為硝酸銀、氯金酸、氯鉑酸、氯化鈀、硝酸鈀、氯化銠、硝酸銠、氯化釕、硝酸釕、氯化鐵、硝酸鐵、硫酸鐵、氯化鈷、硝酸鈷、乙酸鈷、硫酸鈷、氯化鎳、硝酸鎳、硫酸鎳、乙酸鎳、氯化銅、硝酸銅、硫酸銅和乙酸銅中的至少一種，且金屬鹽水溶液的濃度為0.01-0.lmol/Lo4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維碳化物負(fù)載金屬單質(zhì)納米粉體的制備方法，其特征在于，還原劑水溶液中的還原劑為NaBH4、KBH4、LiBH4、水合肼和檸檬酸鈉中的一種或兩種以上的組合，其中還原劑水溶液的濃度為0.05-0.1moI/L。5.采用權(quán)利要求1至4任一所述的制備方法所制得的二維碳化物負(fù)載金屬單質(zhì)納米粉體。6.權(quán)利要求5所述的二維碳化物負(fù)載金屬單質(zhì)納米粉體作為光催化劑在光催化降解污水中有機(jī)污染物方面的應(yīng)用。
【文檔編號】C02F1/30GK105854913SQ201610212655
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月7日
【發(fā)明人】王李波, 張恒, 申長潔, 周愛國, 胡前庫, 曹新鑫
【申請人】河南理工大學(xué)