本發明屬于功能納米填料的改性和制備，涉及一種利用固體輻照實現mxene表面改性的方法，具體是一種利用固體輻照接枝改性技術一步實現mxene表面功能改性的制備方法。

背景技術：

1、二維過渡金屬碳化物、氮化物或碳氮化物，即mxene材料，是由層狀材料max相刻蝕去除a元素后，得到的一類新型二維納米材料。其中，mxene的化學式可表示為mn+1xntx，其中m代表前過渡金屬元素(sc、ti、v、cr、zr、nb、mo?等)，x代表c或/和n元素，tx代表表面端基(—o、—oh、—f等)。由于max相組成和結構的多樣性，由其衍生的mxene材料也成為二維材料中最為龐大的一個家族，理論預測有100多種，目前已合成的有40多種。

2、得益于層狀結構和獨特的性能，mxene材料在電極材料、膜分離材料、微波屏蔽與吸收材料、傳感器材料、納米發電機等領域表現出巨大的應用潛力。但是，在實際的研究和應用過程中，mxene材料的制備和應用仍然存在很多問題和難點。特別地，受表面官能團影響，mxene材料在氧氣/水環境中易發生氧化降解反應，生成tio2，使材料失去原有的特性。因此，在mxene材料的化學改性過程中，溶液體系均需要進行脫氣處理，雖然可以部分減緩氧化反應，但會使得反應條件和反應步驟變得復雜，且仍然無法避免mxene材料自身的氧化降解[chemistry?of?materials,?2017.?29(11):?4848-4856]。如何盡量避免ti3c2tx納米片的氧化降解，并保留材料的本征特性，一直是mxene材料制備和功能化改性的核心問題和難點。

3、鑒于此，若能夠開發一種有效的mxene材料改性方法，減少材料自身的氧化降解，對mxene材料在功能材料領域的應用具有十分重要的意義。

技術實現思路

1、本發明的第一個目的在于解決上述提到的不足，提供一種簡單高效的mxene材料改性方法。

2、本發明借助固體輻照法和有機鹽實現mxene材料原位改性的方法，包括以下步驟：

3、步驟（1）、將層狀材料max相、刻蝕劑和去離子水混合并攪拌，獲得溶液共混產物；

4、進一步地，層狀材料max相與刻蝕劑的質量比為100：1.0～50，去離子水與刻蝕劑的質量比為100：10～10。

5、進一步地，攪拌時間為12～24h；所述的磁子攪拌過程中攪拌溫度通常設置在100℃以下，避免去離子水大量揮發。

6、進一步地，所述層狀材料max相為ti3sic2、ti2alc、ti3alcn、v2alc、ti3alc2、ti3znc2、ti2znc、ti2znn和v2znc中的一種；

7、進一步地，所述刻蝕劑為氟化氫、hcl/lif混合液、nahf2、khf2、nh4hf2中的一種；

8、步驟（2）、將上述溶液共混產物離心處理得到刻蝕產物，之后將刻蝕產物加入到離子液體（il）溶液中，常溫攪拌12-48?h進行插層，離心處理后得到離子液體插層產物；

9、所述的離子液體為含不飽和雙鍵的離子液體；優選地，所述含不飽和雙鍵的離子液體為咪唑類離子液體；其中陽離子結構式如下：

10、

11、其中r1為c2～c23的烷基或含c2～c24烯基；r2為含c2～c24烯基；所述的離子液體中的陰離子為pf6-、bf4-、br-、cl-、i-、no3-、cf3co2-、ch3coo-或(cf3so3)2n-；

12、其中，所述的離子液體的質量百分濃度為0.01～50%；所述離子液體的溶劑為去離子水、甲醇、乙醇、n,n-二甲基甲酰胺、三氯甲烷中的一種。

13、步驟（3）、將上述所得離子液體插層產物放置于聚乙烯自封袋中進行輻射照射，得到輻照產物；

14、所述的輻照為電子束輻照，實驗條件為常溫，空氣或氮氣環境；

15、所述的輻照吸收劑量為1～500?kgy。

16、步驟（4）、將上述輻照產物溶劑溶解和離心處理，得到改性mxene材料。

17、所述溶劑為去離子水、甲醇、乙醇、三氯甲烷中的一種。

18、本發明的第二個目的是提供一種固體輻照實現表面改性的mxene材料，采用上述方法制備得到。

19、與現有技術相比，本發明的有益效果是：

20、（1）?在mxene材料的化學改性過程中，材料在氧氣/水環境中極易發生氧化降解反應，生成tio2，使材料失去原有的結構和特性。本發明無需進行脫氣處理，通過離子插層得到有機鹽改性的mxene插層固體材料，之后離心得到插層固體粉末，并在干燥粉末狀態下輻照一步實現mxene表面的功能改性，避免mxene材料在溶劑介質中的氧化和降解，排除了溶劑介質的干擾，能夠很好保證材料自身的結構和特性，為后續mxene復合材料的制備和應用提供便利。

21、（2）?在傳統制備方法中，mxene材料表面改性存在接枝效率低等問題，大大限制了mxene材料的應用。本發明借助mxene層間（表面）含雙鍵離子液體的反應性，在電子束作用下實現原位化學鍵接枝，表現出高的接枝效率和改性劑利用率，改性劑利用率和接枝率接近百分之百，具有很好的原子經濟性。

技術特征：

1.一種利用固體輻照實現mxene表面改性的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（1）中層狀材料max相與刻蝕劑的質量比為100：1.0～50。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟（1）中去離子水與刻蝕劑的質量比為100：10～10。

4.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟（1）中所述層狀材料max相為ti3sic2、ti2alc、ti3alcn、v2alc、ti3alc2、ti3znc2、ti2znc、ti2znn或v2znc中的一種。

5.根據權利要求1或3所述的方法，其特征在于，步驟（1）中所述刻蝕劑為氟化氫、hcl/lif混合液、nahf2、khf2、nh4hf2中的一種。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（1）中攪拌時間為12～14?h，攪拌溫度低于100?℃。

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2）中所述含不飽和雙鍵的離子液體為咪唑類離子液體，其陽離子結構式如下：

8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（3）中輻射照射為電子束輻照；輻射照射條件為常溫，空氣或氮氣環境。

9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（3）中輻射照射的吸收劑量為1～500kgy。

10.一種利用固體輻照實現表面改性的mxene材料，采用權利要求1-9任一項所述方法得到。

技術總結
本發明公開一種利用固體輻照實現MXene表面改性的方法，包括以下步驟：將層狀材料MAX相、刻蝕劑和去離子水混合并攪拌，獲得溶液共混產物；將溶液共混產物離心處理得到刻蝕產物，然后加入到離子液體溶液中常溫攪拌，離心處理后得到離子液體插層產物；將離子液體插層產物放置于聚乙烯自封袋中進行輻射照射，得到輻照產物；將輻照產物溶解后進行離心處理，得到改性MXene材料。本發明將離子液體引入到MXene材料表面，能夠有效提高材料的穩定性和抗氧化性能，同時，利用電子束固體輻照一步將含雙鍵離子液體通過化學鍵固定在材料表面，實現MXene材料的功能化改性。

技術研發人員：管紀鵬,沈愷愷,范蔚藍,買轉芳,甘彩玲,許凱翔,張云飛,南家和,韓雨瑤
受保護的技術使用者：嘉興大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24