[發明專利]一種硼摻雜MXene材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010818081.1
• 申請日: 2020-08-14
• 公開（公告）號: CN112072101A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 張業龍;孫宏陽;周健文;徐曉丹;陳浩;曾慶光
• 申請（專利權）人: 五邑大學
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 黃琳娟

本發明公開了一種硼摻雜MXene材料及其制備方法，包括以下步驟：(1)將含硼材料加入分散劑中，配制成濃度為1?10mol/L的溶液；(2)將MXene加入步驟(1)所得溶液中，得到分散液；(3)將所述分散液加熱至150?220℃，反應10?15小時，然后冷卻至室溫；(4)將步驟(3)所得的產物離心，洗滌，干燥，得到硼摻雜MXene材料。與純MXene材料相比，本發明制備的硼摻雜MXene材料通過硼原子與π電子結合，從而產生更多的反應位點，提升MXene電導率、并增強贗電容效應，從而提高快速儲鈉性能，提升比容量；由圖4可知，本發明制備的硼摻雜MXene材料在保證高比容量的同時保持了循環穩定性，完全滿足實際應用的需求；本發明制備的硼摻雜MXene制備方法簡單，摻雜效果均勻，比容量高。

技術領域

本發明屬于新能源材料領域，具體涉及一種硼摻雜MXene材料及其制備方法。

背景技術

隨著電氣化社會的快速發展，鋰離子電池在電動汽車和手持電子設備的儲能模塊中得到了廣泛應用。然而，在可再生能源發電儲能領域中的應用，鋰離子電池卻因為有限的鋰資源和較高的儲能成本而受到限制。鈉離子電池有著類似鋰離子電池的工作機制，并且鈉在地殼中有更高的豐度，此外，鈉的標準電位(-2.71V)接近鋰(-3.04V)，這有利于得到高功率密度電池。因此，鈉離子電池被認為是鋰離子電池在可再生能源發電儲能應用中的替代者。

鈉離子電池作為富有前景的金屬二次電池受到研究人員的廣泛研究，在長期的研究過程中，人們發現鈉離子的半徑比鋰離子的半徑大，Fouletier等人證實石墨用作鈉離子電池負極時，在碳酸酯類電解液中，鈉離子只能嵌入石墨生成8階的NaC₆₄化合物，這使得在鋰離子電池中得到廣泛應用的石墨難以用于鈉離子電池負極，故尋找合適的鈉離子電池負極材料已成為重要的研究方向。

MXene是通過氫氟酸刻蝕掉MAX陶瓷相中的Al層，從而得到的一種新型二維層狀材料。為了保持電荷平衡，MXene表面會形成含有羥基，氧和氟的官能團，這使得其兼具類金屬的導電性和優異的親水性。此外，MXene具有本征納米級層狀結構、高度可調節的金屬成分、巨大的比表面積等優點，因而在能源存儲及催化方面表現出巨大的潛力。Shenoy等通過計算得到Na在MXene(Ti₃C₂)上的容量為351.8mAh/g，然而，MXene(Ti₃C₂)實際用于鈉離子電池時，所表現出的容量仍然較低，為了改善MXene的儲鈉性能，研究人員對MXene進行了多種改性策略，包括：化學摻雜，多相復合，包覆策略等。其中化學摻雜是通過引入新的化學元素以提高缺陷濃度和電子濃度的策略，也是最為簡單有效的手段。常用的摻雜手段以熱處理為主，雖然簡單方便，但是摻雜的均勻性較差，仍然無法有效的提高鈉離子電池的容量和穩定性。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明的目的之一在于提供一種硼摻雜MXene材料。本發明的另一目的在于提供上述硼摻雜MXene材料的制備方法。進一步的，本發明提供一種硼摻雜MXene材料的應用，將所述硼摻雜MXene材料用作鈉離子電池負極。

本發明采用以下技術方案：

一種硼摻雜MXene材料的制備方法，所述制備方法屬于離子液體法，包括以下步驟：

(1)將硼源材料加入分散劑中，配制成濃度為1-10mol/L的溶液；

(2)將MXene加入步驟(1)所得溶液中，并攪拌3-12小時，得到分散液；

(3)將所述分散液移入反應釜加熱至150-220℃，優選的為170-200℃，例如150℃，160℃，170℃，180℃，190℃，200℃，210℃，220℃；反應10-15小時，優選的為12-14小時，例如10小時，11小時，12小時，13小時，14小時，15小時，然后冷卻至室溫；