本发明涉及无机材料，更具体地，涉及一种单层ti3c2-mxene材料及其制备方法和应用。
背景技术：
1、气体绝缘输配电设备(gas insulated equipment，gie)具有占地面积小、可靠性高、维度周期长等优势，在各电压等级的输配电系统中发挥了重要作用。气体绝缘输配电设备主要包括气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear，gis)、气体绝缘输电管道(gasinsulated line，gil)、气体绝缘变压器(gas insulated transforme，git)和气体绝缘环网柜(gas insulated cabinet，gic)等。气体绝缘变压器是气体绝缘输配电设备中的重要组成部分，其内部多充以高气压(0.13～0.6mpa)的六氟化硫(sf6)气体作为绝缘或灭弧介质。然而，sf6是一种极强的温室气体，其温室效应潜在值(global warming potential，gwp)是co2的23500倍，大气寿命长达3200年，已在1997年被《京都议定书》列为六大类温室气体之一。目前，全球电力行业sf6的使用量占其年产量的80％，因此，急需寻找一种环保型气体绝缘介质应用于气体绝缘变压器以符合绿色、低碳的发展理念，同时这也能解决全球电力行业对强温室气体sf6的依赖。
2、全氟异丁腈(c4f7n)是一种替代强温室气体sf6的环保型气体绝缘介质，具有优异的绝缘耐受性能。当气体绝缘变压器发生局部放电等绝缘故障时，会导致全氟异丁腈(c4f7n)分解成四氟化碳(cf4)和六氟乙烷(c2f6)等，进而降低气体绝缘变压器的绝缘性能，威胁设备的正常运行和稳定，所以急需通过吸附、检测全氟异丁腈(c4f7n)的分解组分来判断全氟异丁腈(c4f7n)是否发生了分解。
3、因此，开发一种能够吸附全氟异丁腈分解组分的单层ti3c2-mxene材料的制备方法，具有重要意义。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种能够吸附全氟异丁腈分解组分的单层ti3c2-mxene材料及其制备方法和应用。
2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
3、第一方面，本发明提供了一种单层ti3c2-mxene材料的制备方法，包括如下步骤：
4、s1.用刻蚀溶液刻蚀钛碳化铝(ti3alc2)，得到具有多层结构的ti3c2-mxene材料；
5、s2.用有机溶剂对具有多层结构的ti3c2-mxene材料进行插层处理，然后固液分离，对固体进行超声分层处理，即得单层ti3c2-mxene材料；
6、步骤s1中，所述钛碳化铝(ti3alc2)和刻蚀溶液的固液比为2g:(38-42)ml；所述刻蚀溶液包含盐酸和金属氟化物，所述盐酸的质量分数浓度为16％-21％；所述金属氟化物的质量浓度为0.04-0.06g/ml。
7、本发明通过控制钛碳化铝(ti3alc2)和刻蚀溶液的固液比、以及刻蚀溶液中盐酸和金属氟化物的浓度来调控钛碳化铝(ti3alc2)的刻蚀程度，得到对全氟异丁腈分解组分具有吸附效果的单层ti3c2-mxene材料，进而使利用单层ti3c2-mxene材料制备的检测全氟异丁腈分解组分的传感器对全氟异丁腈的分解组分cf4、c2f6具有很好的响应灵敏度。
8、具体地，当钛碳化铝(ti3alc2)和刻蚀溶液的固液比过小、和/或刻蚀溶液中盐酸和金属氟化物的浓度过大时，钛碳化铝(ti3alc2)的刻蚀程度较为严重，结构严重受损，单层ti3c2-mxene材料的吸附位点数量发生下降，导致单层ti3c2-mxene材料对全氟异丁腈分解组分的吸附效果变差，进而导致利用单层ti3c2-mxene材料制备的检测全氟异丁腈分解组分的传感器的响应灵敏度发生下降。
9、当钛碳化铝(ti3alc2)和刻蚀溶液的固液比过大、和/或刻蚀溶液中盐酸和金属氟化物的浓度过小时，钛碳化铝(ti3alc2)的刻蚀程度不足，未能刻蚀掉大量的al原子，无法产生足够的吸附位点，导致单层ti3c2-mxene材料对全氟异丁腈分解组分的吸附效果变差，进而导致利用单层ti3c2-mxene材料制备的检测全氟异丁腈分解组分的传感器的响应灵敏度发生下降。
10、优选地，所述盐酸的质量分数浓度为16.65％-20.35％；所述金属氟化物的质量浓度为0.045-0.055g/ml。
11、优选地，步骤s1中，所述刻蚀的温度为50-80℃，时间为44-52h。
12、更为优选地，步骤s1中，所述刻蚀的温度为50-70℃。
13、在本发明中，通过控制刻蚀的温度可以更为有效地控制钛碳化铝(ti3alc2)的刻蚀程度，能够进一步提高单层ti3c2-mxene材料对全氟异丁腈分解组分的吸附效果，从而进一步提高利用单层ti3c2-mxene材料制备的检测全氟异丁腈分解组分的传感器的响应灵敏度。
14、优选地，步骤s1中，所述金属氟化物为氟化钠(naf)、氟化锂(lif)中的至少一种。
15、在本发明中，钛碳化铝(ti3alc2)可根据本领域公知的方法进行制备，抑或通过商业渠道获得。
16、本发明在此提供一种钛碳化铝(ti3alc2)的制备方法，包括：
17、加热氢化钛(tih2)、铝粉(al粉)和碳粉(c粉)，即得钛碳化铝(ti3alc2)；
18、所述加热的温度为1400-1500℃，加热时间为2-3h。
19、优选地，所述加热的温度为1400℃，加热时间2h。
20、优选地，步骤s2中，所述有机溶剂为二甲基亚砜(dmso)。
21、优选地，步骤s2中，所述插层处理为将具有多层结构的ti3c2-mxene材料置于有机溶剂中搅拌处理。
22、优选地，步骤s2中，所述插层处理的温度为20-40℃，时间为16-20h。
23、优选地，步骤s2中，所述超声分层处理时，固体直接接触的液体环境为水、乙醇、二甲基亚砜(dmso)中的至少一种。
24、优选地，步骤s2中，所述超声分层处理的温度为20-40℃，时间为5-7h。
25、优选地，步骤s2中，所述超声分层处理在惰性气体环境中进行；所述惰性气体为氮气、氩气、氦气、氦氮混合气中的至少一种。
26、第二方面，本发明提供了一种单层ti3c2-mxene材料，由上述制备方法制备而成。
27、第三方面，本发明提供了一种单层ti3c2-mxene材料在吸附全氟异丁腈分解组分中的应用。
28、优选地，所述全氟异丁腈分解组分为四氟化碳(cf4)、六氟乙烷(c2f6)中的至少一种。
29、第四方面，本发明提供了一种检测全氟异丁腈分解组分的传感器，包括：
30、涂覆有单层ti3c2-mxene材料的叉指电极，以及和叉指电极相连的电阻检测设备。
31、优选地，所述叉指电极放置于载体上。
32、更为优选地，所述载体为陶瓷管；具体地，所述陶瓷管的外径为1-2mm、内径为0.5-1.5mm、长度为2-8mm。
33、更进一步优选地，所述陶瓷管的外径为1.2mm、内径为0.8mm、长度为4mm。
34、优选地，所述叉指电极上单层ti3c2-mxene材料的涂覆量为35-40mg/cm2。
35、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
36、本发明单层ti3c2-mxene材料的制备方法，通过控制钛碳化铝(ti3alc2)和刻蚀溶液的固液比、以及刻蚀溶液中盐酸和金属氟化物的浓度来调控钛碳化铝(ti3alc2)的刻蚀程度，得到对全氟异丁腈分解组分具有吸附效果的单层ti3c2-mxene材料，进而使利用单层ti3c2-mxene材料制备的检测全氟异丁腈分解组分的传感器对全氟异丁腈的分解组分cf4、c2f6具有很好的响应灵敏度。
37、在本发明单层ti3c2-mxene材料的制备方法中，通过控制刻蚀的温度可以更为有效地控制钛碳化铝(ti3alc2)的刻蚀程度，能够进一步提高单层ti3c2-mxene材料对全氟异丁腈分解组分的吸附效果，从而进一步提高利用单层ti3c2-mxene材料制备的检测全氟异丁腈分解组分的传感器的响应灵敏度。
1.一种单层ti3c2-mxene材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述单层ti3c2-mxene材料的制备方法，其特征在于，所述盐酸的质量分数浓度为16.65％-20.35％。
3.如权利要求1所述单层ti3c2-mxene材料的制备方法，其特征在于，所述金属氟化物的质量浓度为0.045-0.055g/ml。
4.如权利要求1所述单层ti3c2-mxene材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述刻蚀的温度为50-80℃。
5.如权利要求4所述单层ti3c2-mxene材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述刻蚀的温度为50-70℃。
6.如权利要求1所述单层ti3c2-mxene材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述金属氟化物为氟化钠、氟化锂中的至少一种。
7.一种单层ti3c2-mxene材料，由权利要求1-6任一所述制备方法制备而成。
8.权利要求7所述单层ti3c2-mxene材料在吸附全氟异丁腈分解组分中的应用。
9.如权利要求8所述应用，其特征在于，所述全氟异丁腈分解组分为四氟化碳、六氟乙烷中的至少一种。
10.一种检测全氟异丁腈分解组分的传感器，其特征在于，包括：
