[發明專利]一種MXene/雙金屬氧化物復合材料及其制備方法和鋰離子電池負極材料

有效

• 申請號: 201810466140.6
• 申請日: 2018-05-16
• 公開（公告）號: CN108511733B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 張炳森;李浩杰;魯銘;韓文娟
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/52;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

1.一種MXene/雙金屬氧化物復合材料的制備方法，其特征在于：該方法首先將過渡族金屬碳/氮化物薄膜與兩種乙酰丙酮金屬鹽混合均勻，溶解于二卞醚溶劑中獲得前驅體溶液；然后通過原位熱解法實現乙酰丙酮金屬鹽的熱解，并在過渡族金屬碳/氮化物薄膜表面生成雙金屬氧化物；采用正己烷與乙醇的混合液進行超聲離心清洗后獲得所述MXene/雙金屬氧化物復合材料；該方法具體包括如下步驟：

（1）準備過渡族金屬碳/氮化物MXene薄膜：先準備粉末狀多層過渡族金屬碳/氮化物，再通過真空抽濾制備少層過渡族金屬碳/氮化物薄膜；

（2）前驅體溶液的制備：

將少層過渡族金屬碳/氮化物MXene薄膜與乙酰丙酮金屬鹽混合，經研磨得到混合均勻的粉末，在混合粉末中加入二卞醚溶劑進行溶解分散，添加表面活性劑后，置于磁力攪拌器上攪拌，得到反應的前驅體溶液；所述乙酰丙酮金屬鹽為乙酰丙酮鈷、乙酰丙酮鐵、乙酰丙酮鋅、乙酰丙酮錳和乙酰丙酮鎳中的兩種，所選擇的兩種乙酰丙酮金屬鹽的摩爾比例控制為1：2；

（3）原位熱解法合成復合材料：

在惰性氣體保護下，將獲得的前驅體溶液在攪拌條件升溫，升溫至95-105℃時保溫5-8分鐘，繼續升溫至195-205℃時保溫5-8min，再升溫至270-300℃時保溫28-35min，然后自然冷卻到室溫，得到黑褐色膠體；升溫過程中升溫速率為2~5℃/分鐘；

（4）產物的分離：

在步驟（3）制得的黑褐色膠體中加入正己烷，超聲條件下使膠體溶解并均勻分散，然后加入乙醇，超聲清洗后進行離心分離，獲得的沉淀經真空干燥后，即制得粉末狀的MXene/雙金屬氧化物復合材料。

2.根據權利要求1所述的MXene/雙金屬氧化物復合材料的制備方法，其特征在于：步驟（1）中，所述粉末狀多層過渡族金屬碳/氮化物的制備過程為：

將氟化鋰粉末溶解于鹽酸中，獲得均勻的混合溶液；所得混合溶液中加入MXene母體材料，在32-38℃和攪拌條件下反應24-30小時，使混合溶液對MXene母體材料進行刻蝕；反應后所得物料進行離心，獲得黑色多層過渡族金屬碳/氮化物MXene沉淀，以去離子水和乙醇交替離心清洗該沉淀，直至離心液pH值達到7，將清洗后的沉淀在真空輔助和室溫條件下干燥，得到多層過渡族金屬碳/氮化物MXene粉末；所述MXene母體材料為一類化學式為M_n+1AX_n的三元層狀化合物，其中：M為過渡金屬元素，A為第三或第四主族金屬，X為碳和/或氮元素。

3.根據權利要求1所述的MXene/雙金屬氧化物復合材料的制備方法，其特征在于：步驟（1）中，將粉末狀多層過渡族金屬碳/氮化物制備為少層過渡族金屬碳/氮化物薄膜的過程如下：

將粉末狀多層過渡族金屬碳/氮化物MXene加入到水中，超聲分散3-5小時后，所得分散液進行離心，取離心后的上層懸濁液作為少層過渡族金屬碳/氮化物MXene的抽濾液；以水系玻璃纖維膜作為抽濾膜，經真空抽濾獲得黑色薄膜，經過室溫真空干燥后，從玻璃纖維膜上轉移下黑色薄膜，即制得少層過渡族金屬碳/氮化物MXene薄膜。

4.根據權利要求1所述的MXene/雙金屬氧化物復合材料的制備方法，其特征在于：步驟（2）制備的前驅體溶液中，所述少層過渡族金屬碳/氮化物MXene薄膜與兩種乙酰丙酮金屬鹽質量之和的比例為1：（0.3-0.6），二卞醚溶劑和表面活性劑的體積比例為（20-25）：3；所述表面活性劑是由油酸和油胺按照5:1體積比例混合而成；所述乙酰丙酮金屬鹽的總摩爾質量與二卞醚的體積比例為0.3mol:(20-25) ml。

5.根據權利要求1所述的MXene/雙金屬氧化物復合材料的制備方法，其特征在于：步驟（4）中，加入的正己烷與黑褐色膠體的體積比例為1：（2.0-3.0），加入的乙醇與黑褐色膠體的體積比例為1：（0.5-1.5），超聲清洗時間為10-20 min，洗滌次數2-3次，離心轉速為7000-8000轉/分，離心時間5-8 min，真空干燥溫度為80-90℃。

6.一種利用權利要求1-5任一所述方法制備的MXene/雙金屬氧化物復合材料。