一种N-TiO2/Ti3C2T制造技术

本发明专利技术提供了一种N

【技术实现步骤摘要】
一种N
‑
TiO2/Ti3C2T
x
异质MXene结构材料、制备及其应用


[0001]本专利技术属于电极材料
，具体涉及一种N
‑
TiO2/Ti3C2T
x
异质MXene结构材料、 制备及其应用。

技术介绍

[0002]随着新能源技术的逐步普及，电力运输和电网储能领域发展迅速。可充电锂
‑
空气电池因 其极高的理论比能量密度(11400Wh kg
‑1)，能够满足电动汽车的行驶里程要求而受到广泛关 注。尽管锂空气电池在下一代储能设备中具有非凡的应用潜力，但要实现商业化应用仍需解 决一些问题。例如，锂
‑
空气电池的发展前景受其缓慢动力学的限制，导致过电位过高，往返 效率低，倍率性能差，循环稳定性有限等。为了改善锂
‑
空气电池动力学缓慢的问题，提升电 池性能，研究人员提出，开发具有高催化活性的阴极电极反应催化剂是推动锂
‑
空气电池从开 发到应用的关键。
[0003]MXene是近些年新兴的一种二维材料，其前驱体是MAX相，通过选择性刻蚀作用将A 从MAX相中移除得到的一种类石墨烯的二维结构材料，因此MXene本质是一种过渡金属碳 /氮化物(TMC/TMN)。刻蚀制备MXene的制备过程会产生
‑
OH、
‑
F、
‑
O等亲水性官能团与 一些缺陷，表面官能团赋予其亲水性及表面结构可调性，即MXene既具继承了常规二维材料 很高的比表面积、丰富的表面π电子及催化活性位点的特点，又具有一定的亲水性及表面结 构可调性的优点，基于此，科研工作者对MXene开展了大量的科学研究，包括利用MXene 的高比表面积特点作为锂
‑
空气电池阴极反应催化剂载体、利用表面官能团进行改性制备高效 锂
‑
空气电池阴极催化剂、复配其他催化剂制备高效锂
‑
空气电池阴极反应催化剂等。
[0004]现有技术有专利CN202110479555.9公开了一种Co3O4/MXene复合催化剂及其制备方法 与应用，Co3O4/MXene复合催化剂的制备方法包括：MXene、钴盐和沉淀剂通过原位水热法 制备Co3O4/MXene复合催化材料。专利CN202010922696.9公开了超薄柔性空气电极材料、 锂空气电池及其制备方法，该超薄柔性空气电极材料由二维Co
‑
MOF纳米片和二维MXene 通过插层限域工程技术，进行静电自组装而成。以上技术均为利用MXene制备锂
‑
空气电池 负极材料，所制备的负极材料不仅具有良好的导电率，还具有丰富的活性位点，即提高锂离 子的扩散速率，又具有良好的催化活性。但，MXene自身结构特点容易发生坍塌和堆积，作 为电极材料会影响电池性能。此外，二维MXene表面存在亚稳态的Ti原子和惰性官能团， 极大地限制了其在电催化反应中的应用。因此，需要针对MXene自身进行改进，制备一种不 易坍塌和堆积的MXene基负极材料，增加催化活性位点，使其具有高效的催化活性、导电性， 制备的锂
‑
空气电池具有良好的电化学性能。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种N
‑
TiO2/Ti3C2T
x
异质MXene结构材料、 制备及其应用，该材料微观形貌为手风琴状，N掺杂纳米TiO2粒子均匀分布在手风琴状 Ti3C2T
x
的表面和层间；本专利技术以Ti3C2T
x
为原料，通过对表面亚稳态Ti原子原位氧化，使
其 表面具有TiO2纳米晶，然后再在环境友好型尿素氛围中进行N元素掺杂，制备得到上述材料； 将此异质结构材料作为Li
‑
O2电池正极催化剂的电池不仅具有高效的催化活性、导电性，还 具有良好的电化学性能。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取的具体的技术方案是：
[0007]一种N
‑
TiO2/Ti3C2T
x
异质MXene结构材料，所述异质MXene结构材料的微观形貌为手 风琴状，N掺杂纳米TiO2粒子均匀分布在手风琴状Ti3C2T
x
的表面和层间。
[0008]所述T为表面官能团，x为表面官能团的个数，所述T包括
‑
O，
‑
OH，
‑
F，
‑
Cl中的至少 一种。
[0009]所述异质MXene结构材料的XRD中存在25.3
±
0.3
°
，37.8
±
0.3
°
，48.0
±
0.3
°
，53.9
±
0.3
°
， 60.8
±
0.3
°
，62.7
±
0.3
°
的衍射峰；所述材料的XPS中存在Ti 2p的455.13
±
0.5eV、456.05
±
0.5eV、 456.98
±
0.5eV，Ti
‑
O的458.72
±
0.5eV的峰。
[0010]所述异质MXene结构材料的比表面积为30
‑
60m2g
‑1，优选40
‑
50m2g
‑1，平均孔径为2
‑
6nm， 优选3
‑
5nm。
[0011]所述异质MXene结构材料中N
‑
TiO2(101)晶面的晶格间距为0.353
‑
0.357nm。
[0012]所述异质MXene结构材料中N掺杂量为0.50
‑
0.80％。
[0013]本专利技术还提供了所述N
‑
TiO2/Ti3C2T
x
异质MXene结构材料的制备方法，包括如下步骤：
[0014]1)将Ti3AlC2粉末和有机醇混合后球磨、过滤、干燥，将干燥后的粉末分批加入HF溶 液，室温下搅拌反应，反应结束后离心、洗涤、干燥，得Ti3C2T
x
；
[0015]2)将步骤1)制备的Ti3C2T
x
、有机还原性酸加至水和有机醇的混合液中，超声处理， 然后升温加热反应，冷却至室温，用有机醇和水交替离心洗涤、干燥，得TiO2/Ti3C2T
x
；
[0016]3)将尿素和步骤2)TiO2/Ti3C2T
x
混合均匀，在惰性氛围下煅烧，得氮掺杂TiO2/Ti3C2T
x
异质结，即N
‑
TiO2/Ti3C2T
x
。
[0017]T本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种N
‑
TiO2/Ti3C2T
x
异质MXene结构材料，其特征在于，所述异质MXene结构材料的微观形貌为手风琴状，N掺杂TiO2纳米粒子均匀分布在手风琴状Ti3C2T
x
的表面和层间。2.如权利要求1所述异质MXene结构材料，其特征在于，所述异质MXene结构材料的XRD中存在25.3
±
0.3
°
，37.8
±
0.3
°
，48.0
±
0.3
°
，53.9
±
0.3
°
，60.8
±
0.3
°
，62.7
±
0.3
°
的衍射峰；所述材料的XPS中存在Ti 2p的455.13
±
0.5eV、456.05
±
0.5eV、456.98
±
0.5eV，Ti
‑
O的458.72
±
0.5eV的峰。3.如权利要求1所述异质MXene结构材料，其特征在于，所述异质MXene结构材料的比表面积为30
‑
60m2g
‑1，优选40
‑
50m2g
‑1，平均孔径为2
‑
6nm，优选3
‑
5nm。4.如权利要求1所述异质MXene结构材料，其特征在于，所述异质MXene结构材料中N
‑
TiO2(101)晶面的晶格间距为0.353
‑
0.357nm。5.如权利要求1所述异质MXene结构材料，其特征在于，所述异质MXene结构材料中N掺杂量为0.50
‑
0.80％。6.如权利要求1
‑
5任一项所述N
‑
TiO2/Ti3C2T
x
异质MXene结构材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将Ti3AlC2粉末和有机醇混合后球磨、过滤、干燥...

【专利技术属性】
技术研发人员：李会峰，郑幸子，袁萌伟，孙根班，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：