一种Ti3C2/NiCo2O4复合电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术为一种Ti3C2/NiCo2O4复合电极材料及其制备方法。该复合电极中Ti3C2和NiCo2O4的质量比为1:0.5～1:3。制备方法包括如下步骤：(1)将经过预处理的Ti3C2粉末分散于乙二醇溶液中；然后加入钴盐、镍盐和表面活性剂搅拌，再加入尿素，继续充分搅拌，得到悬浊液；(2)将步骤(1)得到的悬浊液在160～200℃下进行水热反应2～16h；(3)取步骤(2)中得到的产物在300～400℃下煅烧1～4小时，制得Ti3C2/NiCo2O4复合粉体材料。本发明专利技术合成的复合材料中，NiCo2O4纳米颗粒均匀分布在层状的Ti3C2颗粒的表面和层间，形成了稳定的Ti3C2/NiCo2O4纳米复合结构，并且具有较大的比电容和较好的充放电稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种Ti3C2/NiCo2O4复合电极材料及其制备方法
本专利技术属于复合电极材料及其制备
，特别涉及一种Ti3C2/NiCo2O4电极材料及其制备方法。
技术介绍
超级电容器是一种电化学能量储存设备，它结合了传统的电池高能量存储与传统电容器高功率传输的优点，具有更高的功率和更长循环寿命。而电极材料是决定超级电容器的性能与成本的关键。采用HF腐蚀方法可以从Ti3AlC2材料制备出一种新型的二维层状结构化合物Ti3C2T(T＝O,F,OH)(M.Naguib,M.Kurtoglu,V.Presser,J.Lu,J.J.Niu,M.Heon,L.Hultman,Y.Gogotsi,M.W.Barsoum.Two-dimensionalnanocrystalsproducedbyexfoliationofTi3AlC2.Adv.Mater.23(2011)4248–4253)。这种化合物具备有类似于石墨烯的结构和性能，包括优良的亲水性质、优异的导电性能、能够在不同酸碱度的溶液中进行电化学性能测试等，因此受到了广大科研工作者的极大关注(B.Anasori,Y.Xie,M.Beidaghi,J.Lu,B.C.Hosler,L.Hultman,P.R.Kent,Y.Gogosti,M.W.Barsoum.Two-dimensional,ordered,doubletransitionmetalscarbides(MXenes).ACSNano9(2015)9507)。与碳材料相比，Ti3C2T的导电性较差、比表面积小、其风琴状的片层容易聚积叠加，这些缺点说明Ti3C2的电化学性能有待提升，极大地限制了Ti3C2作为电极材料的应用。因为具有较快的氧化还原动力、高的理论比容量、低廉的价格和环境友好等诸多优点，过渡金属中的镍和钴的氧化物倍受研究者的青睐，被认为是性能优异的电极材料。NiCo2O4是一种具有尖晶石结构的、含有镍和钴两种元素的双金属氧化物。作为超级电容器电极材料，NiCo2O4有较高的电化学活性(Z.Wu,Y.Zhu,X.Ji,NiCo2O4-basedmaterialsforelectrochemicalsupercapacitors,J.Mater.Chem.A2(2014)14759-14772)。研究表明，采用不同的方式进行改性负载，可以获得电化学性能得到显著增强的Ti3C2基复合材料。例如，RakhiRB等人通过直接化学合成的方法在Ti3C2Tx表面制备了MnO2纳米晶体，获得MnO2/Ti3C2Tx复合材料，其在三电极系统中电流密度为1A/g时的比容量为205F/g，接近了Ti3C2Tx的理论比容量，且循环6000次后仍有93％的电容保持率，表现出极好的循环稳定性(RakhiRB,AhmedB,AnjumD,etal.DirectChemicalSynthesisofMnO2NanowhiskersonTransition-MetalCarbideSurfacesforSupercapacitorApplications.ACSAppl.Mater.Inter.8(2016)18806-18814)。WangY等人通过在Ti3C2Tx表面适时生长镍铝层状双金属氢氧化物(LDH)制备了三维多孔的LDH/Ti3C2Tx复合材料，电流密度为1A/g时，在循环充放电250次后，比容量依旧可以达到可以达到155F/g(WangY,DouH,WangJ,etal.Three-DimensionalPorousMXene/LayeredDoubleHydroxideCompositeforHighPerformanceSupercapacitors.J.PowerSources327(2016)221-228)。以上报道表明，复合改性是一种提高Ti3C2电极性能的有效途径。而目前尚未有关于Ti3C2/NiCo2O4复合电极及其合成方法的报道。因此，本专利使用简单的水热法首次成功制备出Ti3C2/NiCo2O4复合材料，即把预处理后的Ti3C2加入到镍盐、钴盐和尿素的混合溶液中，然后进行水热反应以及低温煅烧，得到表面均匀包覆NiCo2O4的Ti3C2复合材料，提升了Ti3C2的电化学性能，扩展了Ti3C2作为电极材料的应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题包括两个方面：一是专利技术了一种Ti3C2/NiCo2O4复合电极材料；二是首次提供了Ti3C2/NiCo2O4复合电极的制备方法。与纯Ti3C2电极相比，该复合电极材料的比电容提高了135％。并且，这种复合电极的制备工艺简单、操作方便。本专利技术首先将预处理的Ti3C2分散在镍盐和钴盐的混合溶液中，并添加表面活性剂使NiCo2O4前驱体均匀分布在Ti3C2表面；然后在混合的悬浊液中加入尿素作为还原剂和沉淀剂；其后，将制备的悬浊液转移到水热釜中，经过水热反应得到Ti3C2/NiCo2O4复合材料的前驱体；最后，在较低温度下进行煅烧得到Ti3C2/NiCo2O4复合电极。本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是：一种Ti3C2/NiCo2O4复合电极材料，其中，Ti3C2和NiCo2O4的质量比为1:0.5～1:3。所述的Ti3C2/NiCo2O4复合电极材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将Ti3C2加入二甲基亚砜中，依次进行超声分散、清洗、过滤和真空干燥后，得到了经过预处理的Ti3C2粉末；其中，每200毫升二甲基亚砜加入0.5～3gTi3C2；(2)将步骤(1)中得到的经过预处理Ti3C2粉末加入到乙二醇中，搅拌后得到混合溶液；然后将钴盐、镍盐和表面活性剂加入到混合溶液中，充分搅拌得到第一悬浊液；再加入沉淀剂尿素，搅拌后得到第二悬浊液；其中，摩尔比为Ni离子:Co离子＝1:2；第一悬浊液中Ni离子浓度为0.0125～0.075mol/L；摩尔比为尿素：(Ni离子+Co离子)＝1～6：1；摩尔比表面活性剂单分子：(Ni离子+Co离子)＝3～9：1；摩尔比Ti3C2:Ni离子＝1:0.348～2.091；(3)将步骤(2)得到的第二悬浊液转移到不锈钢水热釜中，在160～200℃下进行水热反应2～16h，将水热产物进行离心分离，得到的产物依次用无水乙醇和去离子水清洗，然后烘干；(4)取步骤(3)中得到的产物在空气气氛、300～400℃下煅烧1～4小时，制得Ti3C2/NiCo2O4复合粉体材料。所述的钴盐为硝酸钴、氯化钴、硫酸钴或醋酸钴，或者它们的水合物。所述的镍盐为硝酸镍、氯化镍、硫酸镍或醋酸镍，或者它们的水合物。所述的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术通过采用恰当的工艺，经过水热法和低温煅烧法制备了Ti3C2/NiCo2O4纳米复合材料。如图1和图2所示，通过控制合成工艺，本专利技术得到的产物由Ti3C2和NiCo2O4两相组成，没有出现TiO2、CoO和NiO等杂质相。如图3所示，NiCo2O4纳米颗粒均匀分布在层状的Ti3C2颗粒的表面和层间，形成了稳定的Ti3C2/NiCo2O4纳米复合结构。(2)本专利技术制备的复合材料具有优良的电化学性能。如图4所示，质量比为1:1的Ti3C2/NiCo2O4的复合电极材料在不同充放电电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Ti3C2/NiCo2O4复合电极材料，其中，Ti3C2和NiCo2O4的质量比为1:0.5～1:3。

【技术特征摘要】
1.一种Ti3C2/NiCo2O4复合电极材料，其中，Ti3C2和NiCo2O4的质量比为1:0.5～1:3。2.如权利要求1所述的Ti3C2/NiCo2O4复合电极材料的制备方法，其特征为该方法包括如下步骤：(1)将经过分层预处理Ti3C2粉末加入到乙二醇中，搅拌后得到混合溶液；然后将钴盐、镍盐和表面活性剂加入到混合溶液中，搅拌得到第一悬浊液；再加入沉淀剂尿素，搅拌后得到第二悬浊液；其中，摩尔比为Ni离子:Co离子＝1:2；第一悬浊液中Ni离子浓度为0.0125～0.075mol/L；摩尔比为尿素：(Ni离子+Co离子)＝1～6：1；摩尔比表面活性剂单分子：(Ni离子+Co离子)＝3～9：1；摩尔比Ti3C2:Ni离子＝1:0.348～2.09；(2)将步骤(1)得到的第二悬浊液转移到不锈钢水热釜中，在160～200℃下进行水热反应2～16h，将水热产物进行离心分离，得到的产物依次用无水乙醇和去离子水清洗，然...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐学文，王显显，葛晓丽，刘鑫，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12