本發明涉及柔性紙材料制備技術領域，特別涉及一種碳化鈦柔性紙及其制備方法。

背景技術：

二維晶體材料可分為石墨烯基材料和類石墨烯材料兩大類。石墨烯基材料是指包括石墨烯在內的官能團化的石墨烯材料，例如氟化石墨烯、氧化石墨烯。類石墨烯材料則是指具有石墨烯結構，包含其他元素的二維原子晶體或化合物，例如單原子層的六方bn、mos2、ws2等大部分的二維晶體材料是通過化學刻蝕或機械剝離等方法剝離層間結合力較弱(范德華力)的三維層狀前驅物得到的，而剝離層間結合力較強的三維層狀化合物似乎是不可能的。2011年美國drexel大學報道，利用氫氟酸化學剝離三元層狀碳化物ti3alc2，成功制備出一種新型的二維碳化物晶體ti3c2tx(t代表-f和-oh等官能團)。ti3alc2是一種典型的max相。max相是一類三元層狀化合物的統稱，這類化合物具有統一的化學式mn+1axn，其中m是早期過渡金屬，a是ⅲ、ⅳ主族元素，x是c或者n，n＝1、2、3等。max相的結構特點是m原子和a原子層交替排列，形成近密堆積六方層狀結構，x原子填充于八面體空隙，其中m-a鍵具有金屬鍵的特性，相對于m-x鍵作用力較弱。這種具有類石墨烯結構的新型二維晶體化合物被命名為mxene。

mxene材料研究較多的是n＝2的ti3c2tx，其單層納米片由3層ti原子和2層c原子組成。相比之下n＝1的碳化鈦(ti2ctx)的單層納米片只含有2層ti原子和1層c原子，原子層數更少、密度更小、比表面積更大，理論預測其應具有更優的電化學性能，質量容量應為ti3c2tx的1.5倍。目前已經有研究人員采用碳納米管與ti3c2tx復合，成功合成并制備出了ti3c2tx柔性紙并且表現出了優異的電化學性能。

目前關于mxene的有限的應用研究主要集中在用作超級電容器、鋰離子電池、鈉離子電池等的電極上，并表現出了出色的性能，ti3c2tx柔性紙作為鋰離子電池負極和超級電容器電極的質量比容量和體積比容量分別高達410mah/g和900f/cm3，并具有良好的充放電循環穩定性。但是ti2ctx作為mxene材料中的一員，相比ti3c2tx要更薄更輕，因為其腐蝕和剝離較ti3c2tx更難，所以目前做該方面研究的文章較少，理論預測其應具有更優的電化學性能，因此要做出ti2ctx柔性紙的工作就顯得更加重要。在材料科學領域，尋找并制造一種可以扭曲成各種形狀的超薄材料是非常不容易的。對于超薄材料，抗拉強度和抗壓強度是非常重要的，因為對于幾個原子厚的材料，其實用數據幾乎完全決定它們的物理功能。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種碳化鈦柔性紙及其制備方法，能夠制備出在電化學方面具有優異性能的紙張，具有柔韌性好、工藝簡單，環境友好、應用范圍廣的特點。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種碳化鈦柔性紙，所述ti2ctx柔性紙為可彎曲不可折疊，厚度為5-20μm的薄膜，t表示-oh或-f或-o官能團。

一種碳化鈦柔性紙的制備方法，步驟如下：

步驟1：將稀hcl和lif加入到聚乙烯塑料燒杯中，在磁力攪拌下緩慢加入ti2alc粉，繼續磁力攪拌，反應結束后將產物用去離子水洗滌離心直至上層清液ph值大于6，得腐蝕產物；

步驟2：將腐蝕產物加入到去離子水中，在流動氬氣保護下超聲剝離，隨后高速離心，得到剝離的少層或單層ti2ctx納米片的穩定膠態懸浮液；

步驟3：將上述膠態懸浮液用硝基纖維素濾膜進行抽濾，將得到的負載有ti2ctx薄膜的濾膜進行真空干燥，干燥后自動脫膜，即可得到具有柔韌性的ti2ctx紙張。

所述稀hcl與lif的摩爾比例為(3-8):1。

所述步驟1加入的ti2alc粉過400目篩，ti2alc與稀hcl的摩爾比例為1:(20-30)。

所述步驟1加入ti2alc粉后的反應溫度條件為20-80℃，反應時間為24-48h。

所述腐蝕產物與去離子水的質量比例1:(200-300)。

所述超聲剝離時間為1-1.5h。

所述高速離心的轉速為3500rad/min，時間為0.5-3h。

所述真空干燥采用真空干燥箱，溫度為20-60℃，時間為0.25-2h。

本發明與現有技術相比的有益效果為：

本發明制備方法首次將ti2ctx剝離成單片并制備成為柔性紙，具有工藝簡單，環境友好的特點，且能夠在宏觀上展現出良好的柔韌性，該納米復合材料具有親水性，并能夠在水中保持穩定的化學性能，既不分解也不溶解，可以應用在水處理系統中。此外這種材料柔韌性好，可靈活改變其形狀，可應用于盔甲、航空航天部件制造等領域。

附圖說明

圖1為實施例一的ti2ctx片層的sem圖。

圖2為實施例一的ti2ctx柔性紙的斷面sem圖。

圖3為實施例一的ti2ctx柔性紙不同倍率下的斷面sem圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明做進一步詳細說明。

實施例一：

步驟1：ti2alc的腐蝕：將30ml濃度為6mol/l的稀hcl和1.1glif加入到聚乙烯塑料燒杯中，在磁力攪拌下緩慢加入1g過400目篩的ti2alc粉，繼續磁力攪拌，在40℃下反應36h，反應結束后將產物用去離子水洗滌離心直至上層清液ph值大于6，得腐蝕產物；

步驟2：將腐蝕產物加入到250ml去離子水中，在流動氬氣保護下超聲剝離1h，隨后在3500rad/min的轉速下高速離心1h，得到剝離的少層或單層ti2ctx納米片的穩定膠態懸浮液；

步驟3：取適量膠體溶液用硝基纖維素濾膜將懸浮液進行抽濾，將得到的負載有ti2ctx薄膜的濾膜置于真空干燥箱內，在40℃溫度環境下真空干燥1小時，干燥后ti2ctx可輕易地與硝基纖維素濾膜分開，即可得到具有柔韌性的ti2ctx紙張。

圖1為實施例一的ti2ctx片層的sem圖，由圖可知，實施例一所制備的柔性紙為可彎曲、不可折疊、厚度在10um左右的薄膜，t表示-oh或-f或-o官能團。

圖2為實施例一的ti2ctx柔性紙的斷面sem圖，由圖可知，ti2ctx剝離成單片狀，且經抽濾后均勻平鋪層疊。

圖3為實施例一的ti2ctx柔性紙不同倍率下的斷面sem圖，由圖可知，ti2ctx單片較薄，且邊緣稍微卷曲，進一步表明其具有一定柔性。

實施例二：

步驟1：ti2alc的腐蝕：將30ml濃度為6mol/l的稀hcl和1.5glif加入到聚乙烯塑料燒杯中，在磁力攪拌下緩慢加入1g過400目篩的ti2alc粉，繼續磁力攪拌，在20℃下反應48h，反應結束后將產物用去離子水洗滌離心直至上層清液ph值大于6，得腐蝕產物；

步驟2：將腐蝕產物加入到300ml去離子水中，在流動氬氣保護下超聲剝離1.3h，隨后在3500rad/min的轉速下高速離心3h，得到剝離的少層或單層ti2ctx納米片的穩定膠態懸浮液；

步驟3：取適量膠體溶液用硝基纖維素濾膜將懸浮液進行抽濾，將得到的負載有ti2ctx薄膜的濾膜置于真空干燥箱內，在20℃溫度環境下真空干燥0.25小時，干燥后ti2ctx可輕易地與硝基纖維素濾膜分開，即可得到具有柔韌性的ti2ctx紙張。

實施例三：

步驟1：ti2alc的腐蝕：將30ml濃度為6mol/l的稀hcl和2glif加入到聚乙烯塑料燒杯中，在磁力攪拌下緩慢加入1g過400目篩的ti2alc粉，繼續磁力攪拌，在80℃下反應24h，反應結束后將產物用去離子水洗滌離心直至上層清液ph值大于6，得腐蝕產物；

步驟2：將腐蝕產物加入到300ml去離子水中，在流動氬氣保護下超聲剝離1.5h，隨后在3500rad/min的轉速下高速離心0.5h，得到剝離的少層或單層ti2ctx納米片的穩定膠態懸浮液；

步驟3：取適量膠體溶液用硝基纖維素濾膜將懸浮液進行抽濾，將得到的負載有ti2ctx薄膜的濾膜置于真空干燥箱內，在60℃溫度環境下真空干燥2小時，干燥后ti2ctx可輕易地與硝基纖維素濾膜分開，即可得到具有柔韌性的ti2ctx紙張。