Nb2C/ZnO复合材料的制备及光催化性能研究开题报告

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1. 研究目的与意义（文献综述）

mxenes（m：过渡金属前半区的元素;x;c或n;ene:与石墨烯有类似的二维结构）是一类只有几层原子的二维纳米晶体，一般由其前驱物max（a：ga，si，p，s，ge,as等元素）制备而得。max的通式为m_{n 1}ax_n（n=1,2,3），根据n的取值不同，可以将max分为211、312和413相．max的结构相似，属于六方晶体结构，空间群为p63/mmc^[1]。在碳化物max中，1个c原子与6个m原子之间形成紧密堆积的共棱m6c八面体，c原子位于八面体间隙中心，交替出现的m6c由a原子平面层连接而成。c原子与m原子间的键合为共价键，处于中间层的a元素原子与m原子间的键合为金属键，相对较弱。利用a元素原子反应活性高、键能低的特点,可以采用液相化学刻蚀的方法将Ａ元素原子选择性地刻蚀掉，从而得到只有几个原子厚度的mxenes二维纳米晶体。研究表明，通过液相化学刻蚀法制备的mxenes不仅具有大的比表面积，还具有优异的光电特性、力学性能和化学组成可调等性质^[2-4]。在制备过程中，mxenes的表面容易修饰多种官能团，形成mxt相（t代表-oh、或f＋离子），表现出亲水性。密度泛函理论研究表明，纯的mxene相具有金属导电性，而mxt相的电子结构与t的种类及其在二维平面上的定向排列有关，表现出半导体性质。目前，mxenes在储能、催化、吸附、生物医疗等方面展现出巨大的应用潜力 。然而，成功合成、剥离单层mxenes纳米材料仍然存在很多挑战。现有的mxenes合成方法主要有两类：直接合成和通过前驱物max刻蚀合成。国内北京大学 ningkang团队联合中科院wencairen团队，采用化学蒸发沉积（cvd）方法，直接在铜箔上生长了几纳米厚的mo₂cene．这种方法合成的mo₂cene缺陷少，但工艺复杂，而且产率低，难以进行大规模应用。通过max刻蚀得到mxenes是目前采用较多的方法^[5]。该方法分成两步：首先是前驱物max的合成，然后是 max的刻蚀过程。前驱物max是一种性能优异的陶瓷材料，合成方法主要有冷/热压烧结、热等静压烧结、脉冲放电烧结、高能球磨以及燃烧合成等。max的刻蚀过程主要有液相化学刻蚀和高温氟盐熔融法等。

对于max材料国内万方芳等人采用热压烧结ti₂sc固体材料。以3.0ti/1.0tis₂/2.0c单质粉为原料，在1600℃保温2h，烧结产物含有少量tic杂质相。zhuwenbin等人采用热压法烧结ti₂sc材料。以 1tis₂/2c/3ti粉混合球磨24h，温度1000～1600℃，在ar气气氛下烧结2h，合成产物ti₂sc中含有tis等杂质相；万方芳等人利用放电等离子烧结，以3.0ti/1.0tis₂/2.0c单质粉为原料，在1450℃，保温10 min条件下，合成ti₂sc块体材料，致密为98.93%，产物含有少量tic杂质相；lixin等人采用自蔓延高温法合成ti₂sc粉体材料。以2ti/1s/1c单质粉为原料,ar气气氛下合成出片状尺寸为20～30μm的ti₂sc材料，同时含少量杂质相tic和ti₃s₄；关春龙等人采用微波加热合成法以tis、ti、c为原料，在1100℃温度下，烧结功率为0～100%p，合成时间为5～20min，ar气气氛下合成高纯的ti₂sc材料^[6]。

zhengyang li，jie xie，bentzel g w，wang yc，hu c, li f，music d，mendozagalván a，barsoum m w等人通过多种方法合成前驱物nb2alc,并对其性能进行了研究^[7-12]。

2. 研究的基本内容与方案

1.基本内容

mxene是一种新型的二维过渡金属碳化物或碳氮化物,具有类似石墨烯的二维结构，通过化学液相法可以选择性蚀刻掉max相中的a元素得到相应的mxene相。本实验通过放电等离子烧结获得nb₂alc原料，再通过各类氟化物（lif）和盐酸的混合溶液，对nb₂alc进行刻蚀，获得nb₂c纳米片，然后与zno进行复合，制备得到nb₂c/zno复合材料，并研究其光催化性能。

论文主要内容:1．文献调研，了解国内外相关研究概况和发展趋势，了解选题与社会、健康、安全、成本以及环境等因素的关系；2．二维mxene材料nb₂c的刻蚀制备；3．nb₂c/zno复合材料制备及微观结构和性能表征；4．nb₂c/zno复合材料光催化性能表征；5．分析总结数据，撰写毕业论文。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－6周：按照设计方案，制备高纯度nb₂c/zno复合材料及性能表征。

第7－11周：nb₂c/zno复合材料的光催化性能表征。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] m.w.barsoum m.w. barsoum, t. elraghy, the max phases: unique new carbide andnitride materials, am. sci. 89 (2001) 334–343.

[2] 李正阳,周爱国,王李波,孙丹丹.二维晶体mxene的制备与性能研究进展[j].硅酸盐通报,2013,32(08):1562-1566.

[3] 郑伟,孙正明,张培根,田无边,王英,张亚梅.二维纳米材料mxene的研究进展[j].材料导报,2017,31(09):1-14.