本发明涉及二维纳米材料领域，具体涉及一种二维纳米片层蛭石及制备方法与其功能化改性。
背景技术：
1、二维纳米片层材料因其二维层状结构、表面丰富的官能团、亲水性和大比表面积而受到科研工作者的广泛关注。2004年，安德烈·赫姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫通过简单的胶带撕裂的方式获得只有一个原子厚度的薄片。从此，开启了二维纳米片层材料的世界。由于层状材料被剥离至单一片层的时常常表现出诸多优异的属性，而被广泛地应用于电子器件、能源、医疗、膜分离等领域。自此，氧化石墨烯、氮化硼(bn)、二硫化钼、mxene等二维片层纳米材料逐渐被研发出来。然而，上述二维片层纳米材料均存在产量小、造价昂贵的问题，难以大规模应用。
2、因此，如何低成本、大面积制备一种二维片层纳米材料成为领域内备受关注的问题。蛭石是自然界广泛存在的矿物之一，通常存在于各种沉积岩之中，其主要成分为硅酸铝盐、主要结构为金属为中心的四面体与八面体。当两层四面体硅酸盐夹着一层八面体硅酸盐时，形成了蛭石的基本结构：2:1型三维层状晶体。由于蛭石层与层之间充满了水合阳离子(主要为mg2+和k+)，因此蛭石层间主要靠范德华力连接，故通过加热、超声、化学反应、离子交换等外界刺激可以实现蛭石片层的分离，来获得二维纳米片层蛭石。较其它获得二维纳米片层材料的方法相比，上述方法均比较简单，因此从方法方面造价便宜。加之蛭石本身为工业原料，价格低廉，因此采用此类方法制备的二维纳米片层材料具有巨大的市场空间，有助于实现二维纳米片层材料的工业化应用。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题在于如何提供一种新型的二维纳米片层材料并实现其功能化改性。
2、本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
3、本发明的第一方面提出一种二维纳米片层蛭石的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)将蛭石原料煅烧，获得热膨胀的蛭石；
5、(2)将热膨胀的蛭石加入到nacl溶液中，在一定温度的油浴锅中冷却回流并搅拌，洗涤抽滤后，得到na+插层的剥离蛭石；
6、(3)加入去离子水，超声处理，抽滤后，加入到licl溶液中，在一定温度的油浴锅中冷却回流并搅拌；洗涤抽滤后，得到li+插层的剥离蛭石；
7、(4)加入去离子水，超声处理，离心，冷冻干燥，即得。
8、有益效果：通过热膨胀、离子交换、超声剥离等方法制备一种新型的二维纳米片层材料，该材料与文献中其他的纳米无机材料相比具有极大的比表面积，可以用于电子器件、能源、医疗、膜分离等诸多领域，具有广阔的应用前景。
9、优选的，所述步骤(1)中煅烧的温度为750-850℃，时间为45-55h，进一步优选为800℃，48h；所述蛭石原料的粒径为8-13mm。
10、有益效果：利用高温将蛭石层间的水分变成蒸气，水蒸气产生的压力使得蛭石层分开，从而形成了热膨胀蛭石，为蛭石提供第一次剥离。
11、优选的，所述步骤(2)中nacl溶液的浓度为0.3-0.45g/ml，进一步优选为0.38g/ml，油浴锅的温度为110-130℃，搅拌的时间为45-50h。
12、有益效果：na+将蛭石层与层之间的水合阳离子(主要为mg2+和k+)置换出来，增大蛭石层间距离，为蛭石提供第二次剥离。
13、优选的，所述步骤(3)中超声的功率为400-500w，超声处理的时间为6-12h，进一步优选为450w，9h。
14、优选的，所述步骤(3)中licl的浓度为1-3mol/l，进一步优选为2mol/l；油浴锅的温度为110-130℃，搅拌的时间为45-50h。
15、有益效果：li+将步骤(2)中蛭石层与层之间的水合na+置换出来，进一步增大蛭石层间距离，为蛭石提供第三次剥离。
16、优选的，所述步骤(4)中超声的功率为400-500w，超声处理的时间为6-12h，进一步优选为450w，9h。
17、优选的，所述步骤(4)中离心的速率为2000-12000r/min，离心的时间为2-5min。
18、有益效果：得到尺寸不同的纳米片层蛭石。
19、优选的，所述步骤(4)中冷冻干燥温度区间为-45℃～-25℃，时间为45-50h。
20、本发明的第二方面提出采用上述制备方法制得的二维纳米片层蛭石。
21、本发明的第三方面提出一种改性二维纳米片层蛭石材料的制备方法，包括以下步骤：利用硫酸溶液对上述获得的二维纳米片层蛭石进行磺化接枝反应，洗涤至ph值为中性，超声处理，冷冻干燥，即得。
22、有益效果：改性后的蛭石带有功能化的磺酸根基团，因此可以与高分子材料进行复合，做成复合薄膜。此时，蛭石依然具有很大的比表面积，因此其在复合薄膜中为质子的传输提供了一条条有序的传输通道，可以极大地提升质子交换膜的电导率以及基于该质子交换膜的燃料电池性能。
23、优选的，所述硫酸溶液的浓度为0.1-1mol/l，反应温度为25-80℃，反应时间为4-12h。
24、本发明的第四方面提出采用上述制备方法制得的改性二维纳米片层蛭石材料。
25、本发明的优点在于：
26、1、本发明通过热膨胀、离子交换、超声剥离等方法制备一种新型的二维纳米片层材料，该材料与文献中其他的纳米无机材料相比具有极大的比表面积，可以用于电子器件、能源、医疗、膜分离等诸多领域，具有广阔的应用前景。
27、2、本发明方法提供了一种只有纳米尺寸厚度的新型无机二维纳米片层—蛭石。这种材料与文献中其他的纳米无机材料相比具有极大的比表面积，可以用于电子器件、能源、医疗、膜分离等诸多领域的研究中。由于蛭石原料来源广泛，制备方法简单，因此本发明中制备的蛭石具有广阔的市场空间。此外，这种二维纳米片层材料可以接枝有机基团，因此其还可以作为增强剂、改性剂加入到有机材料、高分子材料体系，进一步提升其性能。
1.一种二维纳米片层蛭石的制备的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的二维纳米片层蛭石的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中煅烧的温度为750-850℃，时间为45-55h；所述蛭石原料的粒径为8-13mm。
3.根据权利要求1所述的二维纳米片层蛭石的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中nacl溶液的浓度为0.3-0.45g/ml，油浴锅的温度为110-130℃，搅拌的时间为45-50h。
4.根据权利要求1所述的二维纳米片层蛭石的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)和步骤(4)中超声的功率均为400-500w，超声处理的时间均为6-12h。
5.根据权利要求1所述的二维纳米片层蛭石的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中licl的浓度为1-3mol/l；油浴锅的温度为110-130℃，搅拌的时间为45-50h。
6.根据权利要求1所述的二维纳米片层蛭石的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中离心的速率为2000-12000r/min，离心的时间为2-4min。
7.根据权利要求1所述的二维纳米片层蛭石的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中冷冻干燥温度区间为-45℃～-25℃，时间为45-50h。
8.权利要求1-7任一项的制备方法制得的二维纳米片层蛭石。
9.一种改性二维纳米片层蛭石材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：利用硫酸溶液对权利要求8所述的二维纳米片层蛭石进行磺化接枝反应，洗涤至ph值为中性，超声处理，冷冻干燥，即得；所述硫酸溶液的浓度为0.1-1mol/l，反应温度为25-80℃，反应时间为4-12h。
10.权利要求9所述的制备方法制得的改性二维纳米片层蛭石材料。
