一种用于超级电容器的MXene-铜纳米线复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于超级电容器的MXene

【技术实现步骤摘要】
一种用于超级电容器的MXene
‑
铜纳米线复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及MXene材料
，具体涉及一种用于超级电容器的MXene
‑
铜纳米线复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]二维材料因比表面积大、离子传输路径短等特点而得到广泛关注，在储能领域也具有巨大的发展潜力。只有原子量级厚度的二维材料，表面活性位点多，力学性能优良，正契合储能器件对电极材料的要求。2011年发现的MXene是一类新型二维材料，MXene含有碳原子层，所以具有类似石墨烯的良好导电性；而过渡金属层使其表现出类似过渡金属氧化物的性能；同时，表面多样的官能团赋予MXene良好的亲水性。这种独特的性能组合，使得MXene电荷响应速度快，具有赝电容特征且循环性能稳定，成为储能领域的研究焦点。
[0003]刻蚀后的多层MXene片层之间存在氢键和范德华力的作用会使得片层重新堆叠，这种特性导致MXene层间距的减小以及减缓粒子传输速率，从而降低其电化学性能，最终导致其比电容较低。因此，为了进一步提高基于MXene的电极材料的电容，通过与其他材料(如聚苯胺、还原石墨烯氧化物、金属氧化物和许多其他提高其作为电极材料的效率的材料)结合来修饰MXene，从而提高其电化学性能的研究已经成为当前的研究热点之一。
[0004]金属铜具有优良的电导率,热导率和机械性能，铜纳米线(CuNWs)不仅导电性更为优越且形貌均一可控，其比表面积和比体积都很大。

技术实现思路

[0005]为解决上述MXene材料的层间易堆积的问题，本专利技术提出一种用于超级电容器的MXene
‑
铜纳米线复合材料及其制备方法，通过该制备方法制备的MXene
‑
铜纳米线电极材料能够避免MXene材料的层间堆积，提高MXene材料的比表面积和活性位点以及层间储能空间，进而提升MXene金属纳米复合材料在实际应用中的导电性、电化学性能和循环稳定性。
[0006]本专利技术可通过以下技术方案予以解决：
[0007]本专利技术的一种用于超级电容器的MXene
‑
铜纳米线复合材料及其制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)水热法制备铜纳米线；
[0009](2)在9mol
·
L
‑1的盐酸中加入2g LiF原位生成HF，将2g MAX相的铝层刻蚀后分别用去离子水与乙醇离心后得到MXene分散液，真空抽滤制备MXene薄膜；
[0010](3)超声法制备MXene
‑
铜纳米线复合材料；
[0011](4)采用旋涂法将与导电炭黑和粘结剂按一定比例均匀混合的MXene
‑
铜纳米线复合材料涂覆在集流体表面制备电极。
[0012]优选地，所述步骤(1)中所述铜纳米线直径为20～60nm，长度为数十～数百微米。
[0013]优选地，所述步骤(2)中所述MXene包括但不限于Ti3C2T
X
、Ti2CT
x
、Cr2CT
X
中任意一
种。
[0014]优选的，所述步骤(2)中所述刻蚀温度为35～45摄氏度，刻蚀时间为24～48h。
[0015]优选地，所述步骤(2)中所述的去离子水与乙醇洗涤离心时的转速分别为3500rpm和10000rpm。
[0016]优选地，所述步骤(3)中所述超声功率为200～300W，超声时间为20～40min。
[0017]优选地，所述步骤(4)中所述旋涂法转速为1500～3000rpm/min，旋涂时间为10～30s。
[0018]优选地，所述步骤(4)中所述粘结剂包括但不限于聚四氟乙烯、nafion、聚丙烯中的任意一种。
[0019]优选地，所述步骤(4)中所述MXene
‑
铜纳米线复合材料、导电炭黑和粘结剂的质量比为(8～9)：(1～0.5)：(1～0.5)。
[0020]优选地，所述步骤(4)中所述集流体包括但不限于泡沫镍、ITO中的任意一种。
[0021]有益效果
[0022]本专利技术的MXene
‑
铜纳米线复合电极材料制备方法简单易行。且本专利技术中铜纳米线有效遏制了MXene片层间的堆叠，铜纳米线形成了错综复杂的导电网络更有利于电子与离子的传输，有效降低MXene的电阻，MXene
‑
铜纳米线复合电极材料具有良好的导电性，比表面积大，具有更好的循环稳定性，适用于超级电容器储能领域。
附图说明
[0023]图1为实施例1中各材料的XRD图谱；
[0024]图2为实施例1中各材料的SEM图像；
[0025]图3为实施例1中制得的MXene与MXene
‑
铜纳米线复合材料在扫描速率50mV
·
s
‑1下的CV曲线；
[0026]图4为实施例1中制得的MXene
‑
铜纳米线复合材料在不同扫描速率下的CV曲线；
[0027]图5为实施例1中制得的MXene与MXene
‑
铜纳米线复合材料在1A
·
g
‑1下的GCD曲线；
[0028]图6为实施例1中制得的MXene与MXene
‑
铜纳米线复合材料在不同电流密度下的GCD曲线；
[0029]图7为实施例1中制得的MXene与MXene
‑
铜纳米线复合材料在1Hz至10kHz频率范围内获得的EIS谱图；
[0030]图8为实施例1中制得的MXene
‑
铜纳米线复合材料的电容保持率变化曲线。
具体实施方式
[0031]下面通过具体实施例对本专利技术进行进一步描述，但此处所描述的具体实施例仅是适用于解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。
[0032]实施例1
[0033](1)铜纳米线制备：
[0034]将22mg CuCl2·
2H2O、50mg葡萄糖和180mg十六烷基胺(C
16
H
35
N)预溶于30ml小瓶中的10ml去离子水中。将化学溶液在超声作用下混合15分钟，然后转移到油浴中。将混合物从室温加热至100℃8小时并冷却至室温。在正己烷/乙醇(体积比为1:1)溶剂中用超声波清洗
5次，清洗时间为20min。在9500rpm下通过离心机收集。制得的铜纳米线平均直径为30nm，长度为数十微米。
[0035](2)MXene薄膜的制备：
[0036]称取2g氟化锂与9M 40ml盐酸在聚四氟烧杯(容积100ml)中搅拌30min，缓慢加入2g Ti3AlC2在35℃下持续搅拌24h。将获得的反应液体进行离心，离心后将上清液倒掉，向离心管的沉淀中加入去离子水，超声10min后，离心(转速为3500rpm)，重复几次直到，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于超级电容器的MXene
‑
铜纳米线复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)水热法制备铜纳米线；(2)在9mol
·
L
‑1的盐酸中加入2g LiF原位生成HF，将2g MAX相的铝层刻蚀后分别用去离子水与乙醇洗涤离心后得到MXene分散液，真空抽滤制备MXene薄膜；(3)超声法制备MXene
‑
铜纳米线复合材料；(4)采用旋涂法将与导电炭黑和粘结剂按一定比例均匀混合的所述MXene
‑
铜纳米线复合材料涂覆在集流体表面制备电极。2.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的MXene
‑
铜纳米线复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述铜纳米线直径为20～60nm，长度为数十～数百微米。3.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的MXene
‑
铜纳米线复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述MXene包括但不限于Ti3C2T
X
、Ti2CT
x
、Cr2CT
X
中任意一种。4.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的MXene
‑
铜纳米线复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述刻蚀温度为35～45摄氏度，刻蚀时间为24～48h。5.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的MXene
‑
铜纳米线复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘登，黄向宇，张玲，宁金妍，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：