[發(fā)明專利]過(guò)渡金屬氧化物納米顆粒摻雜的二維層狀Ti3C2膜納米復(fù)合材料及其制備方法在審
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201710251110.9 | 申請(qǐng)日： | 2017-04-18 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN106971854A | 公開（公告）日： | 2017-07-21 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 闕文修;田亞朋;楊晨輝;尹行天 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 西安交通大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | H01G11/26 | 分類號(hào)： | H01G11/26;H01G11/30;B82Y30/00 |
| 代理公司： | 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所61215 | 代理人： | 張震國(guó) |
| 地址： | 710049 陜*** | 國(guó)省代碼： | 陜西;61 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 過(guò)渡 金屬 氧化物 納米 顆粒 摻雜 二維 層狀 ti3c2 復(fù)合材料 及其 制備 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于納米功能材料及電化學(xué)儲(chǔ)能器件領(lǐng)域，特別涉及一種柔性自支撐的過(guò)渡金屬氧化物納米顆粒摻雜的二維層狀Ti3C2膜納米復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)
近年來(lái)，一種新的具有二維類石墨烯結(jié)構(gòu)的具有金屬導(dǎo)電性的過(guò)渡金屬碳/氮化合物在超級(jí)電容器電極的應(yīng)用上表現(xiàn)出了高的體積比容量，引起廣泛的關(guān)注。這種過(guò)渡金屬碳/氮化合物稱為MXene。MXene通常是利用HF選擇性剝離掉MAX相(M代表早期過(guò)渡金屬元素，A代表第三和第四主族元素，X代表碳或者氮)中的A原子層得到的二維層狀結(jié)構(gòu)。剝離的同時(shí)，MXene也攜帶上氟和含氧官能團(tuán)(例如：-O、-OH和-F)，使得MXene表現(xiàn)出電負(fù)性。Ti3C2作為MXene家族的一員擁有獨(dú)特的類石墨烯結(jié)構(gòu)，較大的比表面積，良好的導(dǎo)電性，親水性等特性，使吸附、光催化、鋰離子電池、太陽(yáng)能電池、生物傳感器等方面得到了廣泛的應(yīng)用。作為一種新型的儲(chǔ)能材料，在超級(jí)電容器上，對(duì)于MXenes的研究近年來(lái)也很多。
各種各樣的方法已經(jīng)被用來(lái)嘗試剝離多層Ti3C2，例如：(1)利用無(wú)機(jī)或有機(jī)小分子在超聲的輔助下嵌入Ti3C2層與層之間膨脹來(lái)弱化Ti3C2層與層之間的作用力；(2)在低濃度的氫氟酸作用下來(lái)剝離多孔的Ti3AlC2；(3)利用HF和LiF的混合溶液選擇性剝離Ti3AlC2中的Al原子，并利用超聲輔助得到Ti3C2納米片。雖然，Ti3C2基超級(jí)電容器電極的容量高達(dá)98F/g，但是與碳類材料相比，由于其嚴(yán)重的自堆積導(dǎo)致其相對(duì)比表面積仍然較小。所以，人們?yōu)榱烁玫碾娀瘜W(xué)性能期待能夠更加徹底的對(duì)Ti3C2進(jìn)行剝離，使其變?yōu)槎鄬踊騿纹瑢印４送猓@種多層或單片層的Ti3C2可能會(huì)被應(yīng)用在柔性的無(wú)有機(jī)粘結(jié)劑和集流體的超級(jí)電容器電極上。更有，利用多種多樣的方法已經(jīng)被嘗試來(lái)提高多層或單片層的Ti3C2基超級(jí)電容器的比電容和能量密度。一種方法是在Ti3C2的表面負(fù)載例如：MnO2,SnO2,Co3O4,TiO2和NiCo2O4等過(guò)渡金屬氧化物。由于Ti3C2納米片層與層之間的過(guò)渡金屬氧化物納米顆粒的限制作用，能夠阻止Ti3C2納米片在充放電過(guò)程中的再次堆疊。在過(guò)渡金屬氧化物中，氧化錳擁有豐富的化學(xué)價(jià)態(tài)和奇特的化學(xué)性質(zhì)，包括MnO，MnO2，Mn3O4和Mn2O3。除此之外，氧化錳因?yàn)榱畠r(jià)，環(huán)境友好，自然界儲(chǔ)藏豐富和優(yōu)異的電化學(xué)性能而作為有前景的超級(jí)電容器電極。因此，金屬導(dǎo)電的Ti3C2納米片和過(guò)渡金屬氧化物之間的復(fù)合具有十分廣泛的前景。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種柔性自支撐的過(guò)渡金屬氧化物納米顆粒摻雜的二維層狀Ti3C2膜納米復(fù)合材料及其制備方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的制備方法如下：步驟一：二維層狀Ti3AlC2納米材料的制備；
按照專利ZL201310497696.9的方法合成二維層狀Ti3AlC2納米材料；
步驟二：二維層狀Ti3C2納米片水溶液的制備；
1)取0.5-4g的二維層狀Ti3AlC2納米材料用含5-12mol/L的HCl和0.03-0.1mol/L的LiF的混合溶液在25-50℃水浴加熱5-48h得到剝離Al層的風(fēng)琴狀Ti3C2結(jié)構(gòu)；
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