1. 研究目的与意义
进入21世纪以来，继二维碳纳米材料石墨烯被发现，越来越多的二维材料（如六方氮化硼、过渡金属碳/氮化物、MoS2和硼烯/硅烯等）因其具有独特的物理化学性质获得广泛的关注和深入的研究并应用到众多领域。这些二维材料有着和石墨一样好的剥离效果，而且这些二维材料有着和石墨烯相似但又不完全相同的结构和性质。例如六方氮化硼的原子结构类似于石墨烯，但光子和电子结构又不完全相同，MoS2具有弱范德华力分层结构和半导体特性等。单层二维材料作为一种具有原子层厚度且表面原子近乎完全裸露在外的片状材料，可通过表面化学修饰和元素掺杂等手段更易调控能带间隙和电子性能，其独特的光学、电学、力学和机械性能有着超越石墨烯的潜能，因此在医学、电子器件、电化学储能和环境治理等领域极具发展潜力。
二维过渡金属碳/氮化物（MXene）是一类新型的二维材料，具有高金属导电性、大比表面积、亲水性、高离子传输性能、低扩散屏障、生物相容性等优异性能。由于MXene具有类似石墨烯的性质和结构，因此被命名为MXene。MXene是由前驱体MAX选择性地剥离A层原子获得的具有层状结构的二维材料，在MAX相中M—A为金属键，弱于M—X离子键，为A原子层从MAX相中被剥离出来提供了理论基础。并且MXene的性质可以通过选择过渡金属和X元素的组合，以及通过不同工艺控制它们的层间距和表面化学来设计，这为纳米科学的研究提供了广阔空间。
MXene通式为Mn 1XnTx (1lt;nlt;3），其中M为早期过渡金属，X为碳或氮。一般来说，大多数MXene的制备都离不开水溶液，因此，MXene表面是–OH、–O和–F末端的混合物。由于过渡金属碳化物或氮化物骨架的自由电子和其表面端部的亲水性，MXene表现出独特的金属行为。由于具有独特的催化性能，目前已较多的应用于电极材料的表面修饰。
2. 研究内容和预期目标
研究内容：
本课题从提高Ti基MXene材料的稳定性出发，拓宽Ti基MXene杂化材料的使用范围，并提高其催化性能，初步考虑研究合成Bi杂化Ti基MXene材料插层纳米片或耦合纳米片；合成过程中，优化聚合条件，包括：物料比，酸度等条件。在合成纳米片的基础上，研究其催化性能；优化测定条件，包括：酸度，反应时间等条件。针对催化效果，对杂化纳米材料的形状进行表征。主要内容如下：
（1）Bi基杂化MXene材料的合成条件；
3. 研究的方法与步骤
1、取一洁净塑料烧杯，加入100mL聚四氟乙烯搅拌子。
2、加入1.0g五水硝酸铋、1.0gCTAB、20mL氢氟酸（HF）溶液（浓度为40wt%），均匀搅拌10min，转速500r/min，制备刻蚀剂。
3、取2.0gTi3AlC2粉末，用塑料勺逐渐少量多次加入到刻蚀剂中，搅拌48h，温度低于40℃。搅拌完成后，将混合液进行离心，4000rad/s转速下离心10min，析出上清液，用去离子水洗涤沉淀物，继续离心，直至最后上清液pH大于6。收集沉淀，真空烘箱中干燥24h，温度低于60℃。
4. 参考文献
[1] Chen H, Ma H, Li C. Host-Guest Intercalation Chemistry in MXenes and Its Implications for Practical Applications [J]. ACS Nano. 2021.
[2] 潘召朴,高筠.二维材料MXene及其超级电容器的研究进展[J].微纳电子技术,2021,58(02):114-123.
[3] Xu Zhang and Zihe Zhang and Zhen Zhou. MXene-based materials for electrochemical energy storage [J]. Journal of Energy Chemistry, 2018, 27(1) : 73-85.
5. 计划与进度安排
1、2024.1.10-2024.2.10 接受任务，查阅参考文献，了解课题背景。
2、2024.2.10-2024.3.5 初步设计实验，完成开题报告。
3、2024.3.5-2024.5.15 进行实验。包括实验条件优化，测定与表征。
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