[發明專利]一種MXene衍生物/金屬納米復合材料的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202011607918.4
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112768259B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 李子炯;尚翠;張臘梅;謝羅剛;郭東方;代海洋;朱祥
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/24;H01G11/30
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 張真真

本發明公開了一種MXene衍生物/金屬納米復合材料的制備方法及其應用，將MXene Ti₃C₂、H₂O₂分散在KOH溶液中，經磁力攪拌后轉移至高壓釜中140℃水熱反應12 h。經去離子水洗滌真空干燥后獲得MXene衍生物（AMX）。將AMX粉末，金屬鹽M和聚乙烯吡咯烷酮k?30混合分散于乙二醇中，經磁力攪拌后轉移至高壓釜中于160℃水熱持續3h。產物用去離子水清洗真空干燥后得到MXene衍生物/金屬納米復合材料。本發明通過水熱法一步合成了MXene衍生物/金屬復合材料用于超級電容器的電極材料，具有良好的電化學儲能特性，且制備方法具有工藝簡單、成本低廉、環境友好、可重復性強、可大量制備等優點。

技術領域

本發明屬于納米材料的制備技術領域，具體涉及一種MXene衍生物/金屬納米復合材料的制備方法及其應用。

背景技術

隨著現代電子設備尤其是便攜式電子設備和電動汽車的快速發展和應用，對低成本，高性能和環境友好的儲能裝置的需求日益增加。超級電容器由于其功率密度高，充放電速率快，循環穩定性高等特點，因其功率密度高，充放電速率快，循環穩定性高等特點，近十年來引起了人們的廣泛關注。一種新興的二維MXene材料自問世就一直受到人們的關注。然而，MXene片層間較弱的范德華力很難支撐層間結構，在電極材料的制備過程中，MXene片層很容易堆疊起來，這將會對電極的性能造成很大影響。此外， 由于MXene材料的質量比電容通常較低，所以導致其在很多方面的應用受到限制。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種MXene衍生物/金屬納米復合材料（AMX-M）的制備方法及其儲能應用，本發明采用水熱法制備，其工藝簡單、成本低、可規模化制備、具有較好的電化學儲能性能，為超級電容器、固態燃料電池等電極材料的研究和應用提供了一種新型納米材料。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種MXene衍生物/金屬納米復合材料的制備方法，步驟如下：

（1）將MXene Ti₃C₂分散在KOH溶液中，加入H₂O₂磁力攪拌1 h得到混合溶液A；

（2）將步驟（1）中的混合溶液A轉移至高壓釜中，在140℃水熱反應12 h；

（3）用去離子水洗滌步驟（2）中水熱反應后的產物，直至上清液的pH值變為中性；

（4）將步驟（3）洗滌后的樣品置于60℃的真空干燥箱中干燥12小時，得到具有三維結構的MXene衍生物，即毛球狀堿化MXene（AMX）；

（5）將粉末狀的MXene衍生物、金屬鹽M和聚乙烯吡咯烷酮k-30分散在乙二醇中，并在模擬陽光下磁力攪拌2h，得到混合溶液B；

（6）將步驟（5）中的混合溶液B轉移至高壓釜中，并于160℃水熱反應3小時；

（7）將步驟（6）水熱反應后的產物用去離子水和乙醇分別清洗，并在60℃下真空干燥12 h，得到MXene衍生物/金屬納米復合材料。

進一步，所述步驟（1）中KOH溶液的濃度為1M，H₂O₂為體積分數為30％的工業級雙氧水。

進一步，所述步驟（1）中，以200 mg MXene Ti₃C₂為基準，需要KOH溶液60 mL、H₂O₂1.36 mL。

進一步，所述步驟（5）中的金屬鹽M為氯化鋅、硝酸銅或硝酸銀中的至少一種。