[發(fā)明專利]一種石墨烯/MXene復(fù)合電極材料及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610570545.5
• 申請(qǐng)日: 2016-07-19
• 公開（公告）號(hào): CN107633954B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于云;馮愛虎;王勇;江峰;于洋;米樂;宋力昕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號(hào): H01G11/30
• 分類號(hào): H01G11/30;H01G11/32;H01G11/86
• 代理公司: 31261 上海瀚橋?qū)＠硎聞?wù)所(普通合伙)
• 代理人: 曹芳玲;鄭優(yōu)麗

本發(fā)明涉及一種石墨烯/MXene復(fù)合電極材料及其應(yīng)用，由石墨烯及MXene兩種材料組成；其制備方法包括將氧化石墨烯懸浮液與MXene材料懸浮液均勻混合，加入水合肼進(jìn)行還原后冷凍干燥，得到所述石墨烯/MXene復(fù)合電極材料，所述氧化石墨烯與MXene材料的質(zhì)量比為1：（0.05～0.5）。本發(fā)明將石墨烯與MXene復(fù)合時(shí)，不規(guī)則狀MXene顆粒材料可作為插入劑和分散劑，進(jìn)入到石墨烯片層間，克服石墨烯片層之間的團(tuán)聚效應(yīng)，增大其可用比表面積。此外，MXene材料優(yōu)異的親水性及導(dǎo)電性，會(huì)進(jìn)一步提高復(fù)合材料的電化學(xué)性能及電容去離子性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電容去離子用復(fù)合電極的制備領(lǐng)域，特別涉及一種電容去離子用石墨烯/MXene復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

隨著人類社會(huì)的快速發(fā)展，淡水資源危機(jī)成為世界各國(guó)亟待解決的問題，水資源短缺已經(jīng)成為制約多國(guó)發(fā)展的主要因素。電容去離子技術(shù)是一種高效節(jié)能、綠色環(huán)保的脫鹽方法，通過施加靜電場(chǎng)，強(qiáng)制離子向兩側(cè)電極遷移，使其被電極表面產(chǎn)生的雙電層吸附，從而達(dá)到脫鹽的目的。電容去離子技術(shù)的關(guān)鍵是高性能電極材料的制備，要求具有較高的比表面積、合理的孔徑分布和良好的導(dǎo)電性及親水性。

石墨烯具有超高的理論比表面積和良好的導(dǎo)電性，是一種理想的電容去離子電極材料。但由于石墨烯層層之間不可避免的團(tuán)聚效應(yīng)，嚴(yán)重影響了實(shí)際可用比表面積，制約了其作為電極材料的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問題，本發(fā)明首次將具有良好親水性及導(dǎo)電性于一體的MXene材料作為插入劑和分散劑與氧化還原石墨烯相結(jié)合，制備出新型石墨烯基復(fù)合電極材料，目的在于提供一種電化學(xué)性能優(yōu)異，脫鹽性能較佳的電容去離子用電極材料。

一方面，本發(fā)明提供了一種石墨烯/MXene復(fù)合電極材料，由石墨烯及MXene兩種材料組成，其制備方法包括將氧化石墨烯懸浮液與MXene材料懸浮液均勻混合，加入水合肼進(jìn)行還原后冷凍干燥，得到所述石墨烯/MXene復(fù)合電極材料，所述氧化石墨烯與MXene材料的質(zhì)量比為1：(0.05～0.5)。

MXene材料具有良好的親水性和導(dǎo)電性、較大的比電容、電化學(xué)性能優(yōu)異等特點(diǎn)。本發(fā)明將石墨烯與MXene復(fù)合時(shí)，不規(guī)則狀MXene顆粒材料可作為插入劑和分散劑，進(jìn)入到石墨烯片層間，克服石墨烯片層之間的團(tuán)聚效應(yīng)，增大其可用比表面積。此外，MXene材料優(yōu)異的親水性及導(dǎo)電性，會(huì)進(jìn)一步提高復(fù)合材料的電化學(xué)性能及電容去離子性能。

較佳地，所述MXene材料為Ti₃C₂T_x(T_x為-OH、-F等官能團(tuán))、Ti₂CT_x(T_x為-OH、-F等官能團(tuán))、Cr₂CT_x(T_x為-OH、-F等官能團(tuán))中的至少一種。

較佳地，所述水合肼與氧化石墨烯的體積比為(1～5)：200。

較佳地，所述冷凍干燥為先在-50～-80℃下預(yù)冷凍6～12小時(shí)，再于0～20℃下冷凍干燥8～24小時(shí)。

較佳地，利用改性的Hummers法制備氧化石墨烯懸浮液。

較佳地，將MAX相陶瓷粉體加入到高濃度HF溶液中，在一定溫度下進(jìn)行刻蝕反應(yīng)，然后利用乙醇、去離子水充分離心清洗后再超聲處理，得到所述MXene材料懸浮液。

較佳地，所述MAX相陶瓷粉體為Ti₃AlC₂、Ti₂AlC、Cr₂AlC中的至少一種。

較佳地，所述HF溶液的濃度為40％～49％，所述一定溫度為35～85℃。