[發明專利]一種碘修飾MXene材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202010633211.4
• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111740106A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 秦錦雯;曹敏花;郝琳琳;王鑫;王潔
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587;H01M4/136;H01M10/0525;H01M10/058;C01B32/90
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙靜

本發明公開了一種碘修飾Ti₃C₂T_x材料及其制備方法與應用。所述一種碘修飾Ti₃C₂T_x材料的制備方法，包括下述步驟：將Ti₃C₂T_x固體粉末和碘源混合均勻，放置于管式爐中；然后通入惰性保護氣進行煅燒，即得。所述材料為碘飾的二維納米層狀Ti₃C₂T_x。其中，碘元素在材料中所占的原子數百分含量為0.13～0.82％。碘修飾Ti₃C₂T_x材料具有擴大的層間距，可提供更多的離子傳輸空間和暴露更多的活性位點。此外通過碘官能團選擇性調控，不僅能夠改善Ti₃C₂T_x材料表面活性，還能提高本身的贗電容貢獻，從而獲得高儲鋰容量。

技術領域

本發明屬于納米材料領域，具體涉及一種碘修飾MXene材料及其制備方法與應用。

背景技術

隨著人們對能源需求的不斷增長和化石燃料的迅速消耗，太陽能、風能和潮汐能等可再生清潔能源受到人們廣泛關注，開采新能源和開發新能源技術也成為研究熱點。然而，新型清潔能源(如太陽能、風能、潮汐能等)的開發和利用存在造價高、受地域限制嚴重和輸出不穩定等問題，因此迫切需要良好的能源轉換和存儲系統，以實現能源的高效和多用途利用。

鋰離子電池是一種二次可充放電池，具有低成本、無污染、能量密度高、環境友好等優點，目前已經被廣泛應用在電動汽車、電子設備等領域。而負極材料作為鋰離子電池的重要組成部分，直接影響著電池性能的優劣。

2001年，人們發現了一種新型的類石墨烯二維過渡金屬碳/氮化物(即MXene材料)，其通式為M_n+1X_nT_x(n＝1,2,3)，其中M代表前過渡金屬元素，X為碳和/或氮元素，T_x代表表面官能團(如-O，-OH，-F等)。MXene主要通過選擇性刻蝕MAX相中的A層制備(A一般為IIIA和IVA族元素)。至今為止，已經報道了70多種不同的MAX相。二維Ti₃C₂T_x作為最常見的MXene材料，在包括二次電池、金屬空氣電池及電容器等電化學領域已經得到了廣泛的研究。

Ti₃C₂T_x作為一種新型的二維層狀材料，具有良好的電導性和親水性、豐富的活性位點、以及優異的機械性能。然而，其二維層狀結構的致密堆疊會導致層間距變窄，造成暴露的活性位點減少，材料內部離子的傳輸速率降低，引起電化學反應動力學緩慢的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種碘修飾的二維納米層狀Ti₃C₂T_x材料及其制備方法，旨在解決Ti₃C₂T_x材料在鋰離子電池中離子傳輸速率慢、充放電容量低等問題。

本發明所提供的碘修飾Ti₃C₂T_x材料是按照包括下述步驟的方法制備得到的：

1)制備碘修飾Ti₃C₂T_x材料：將Ti₃C₂T_x(T_x代表表面官能團，如-O，-OH，-F等)固體粉末和碘源充分混合均勻，放置于管式爐中；

2)管式爐中通入惰性保護氣進行煅燒，即可得到碘修飾Ti₃C₂T_x材料。