一种MOF/MXene/PPy@CelF多孔纳米材料的制备方法及其产品和应用技术

本发明专利技术公开了一种MOF/MXene/PPy@CelF多孔纳米材料的制备方法，包括如下步骤：S1制备MXene材料、MOF材料和PPy@CelF材料；采用HF酸刻蚀法制备MXene溶液；通过苯甲酸、卟啉配体、氯化锆、N，N

【技术实现步骤摘要】
一种MOF/MXene/PPy@CelF多孔纳米材料的制备方法及其产品和应用


[0001]本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种MOF/MXene/PPy@CelF多孔纳米材料的制备方法及其产品和应用。

技术介绍

[0002]小型化和可穿戴电子设备需要兼具柔性和优异电化学性能的能量存储系统。将传统能量存储设备，如超级电容器设计成柔性结构为这些可穿戴设备提供动力是非常具有吸引力的。电极材料是柔性超级电容器的重要组成部分，其在使用过程中必须具备电化学活性、机械强度，甚至是可伸展性能。人们将关注点从传统材料（如金属氧化物和碳材料），转向本征柔性弹性体聚合物上来。新型二维材料MXene可以与三维聚合物网络协同作用，从而增强电化学活性和机械柔韧性，有望成为柔性储能的候选材料。
[0003]虽然MXene材料在储能领域显示出巨大的前景，但是由于尺寸效应，易发生自聚和堆叠。现有的技术中通常通过原位法在二维纳米材料片层之间插入无机金属离子、有机分子或者将MXene材料与聚合物分子、CNTs等复合，来降低纳米片层的自聚，增加活性反应中心的数量和提高电极材料中电解质离子的传输速率，但是随着电极材料厚度的增加，离子的传输速率会呈指数级下降。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本专利技术提供了一种MOF/MXene/PPy@CelF多孔纳米材料的制备方法及其产品和应用，将MOF材料与MXene、聚合物以层状复合起来，使MXene不发生堆叠的同时保证了离子传输，而且使这种纳米复合材料具有很高的反应活性位点以及柔韧性。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的第一个方面，提供一种MOF/MXene/PPy@CelF多孔纳米材料的制备方法，包括如下步骤：S1制备MXene材料、MOF材料和PPy@CelF材料；采用HF酸刻蚀法制备MXene溶液；通过苯甲酸、卟啉配体、氯化锆、N，N
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二乙基甲酰胺制备PCN
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222前体溶液；采用原位聚合法制备PPy@CelF溶液；S2制备MXene/PCN
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222复合材料；S21电泳沉积法制备MXene膜；取适量步骤S1中制备的MXene纳米片溶液，将铜板、铂板或镍板中的一种浸入溶液中作为阳极，碳板、不锈钢板或ITO导电玻璃中的一种作为阴极，直接施加电压，持续30~60s，然后取出阳极并在室温下真空干燥，得到MXene膜；S22通过快速电泳沉积技术在所述MXene膜上制备PCN
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222层，得到MXene/PCN
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222双层复合膜；S3浸涂法制备MOF/MXene/PPy@CelF多孔纳米材料；将所述MXene/PCN
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222双层复合膜浸入到所述PPy@CelF的溶液中，20~30分钟后除
去该溶液，再将过硫酸铵溶液倒在PPy@CelF涂层的膜上，并保持振荡，再用去离子水冲洗数次，得到所述MOF/MXene/PPy@CelF多孔纳米材料。
[0006]作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中，所述MXene材料的制备步骤如下：将含Al的MAX相陶瓷与HF酸混合并搅拌均匀，以蚀刻Ti3AlC2中的Al；离心洗涤刻蚀好的Ti3AlC2分散液，直到pH值≥6；继续离心分离30~60min，收集上清液得到二维层状MXene。
[0007]作为本专利技术的进一步改进，含Al的MAX相陶瓷与HF酸质量比为3：(10～20)。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，所述HF酸的浓度为8wt%~50wt%。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中，所述MOF材料的制备具体包括如下步骤：将60份苯甲酸、1份卟啉配体和1.25~1.5份氯化锆与10~20份的N,N
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二乙基甲酰胺混合并溶解，恒温油浴加热，采用二甲基甲酰胺和丙酮将混合物离心多次，制备得到PCN
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222前体溶液。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，恒温油浴加热的温度为100~120℃，加热时间为12~24小时。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中，所述PPy@CelF材料的制备具体包括如下步骤：取2~5g烘干的CelF放入150~300mL蒸馏水中，混匀后加入1~1.5ml的PPy；将4~5gFeCl3·
6H2O溶于50mL蒸馏水中，缓慢加入上述混合物中，在0~5℃下连续搅拌2~3h，最后用蒸馏水洗涤得到PPy@CelF溶液。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，步骤S21中，电泳沉积采用分步完成，分两次完成电泳沉积过程，每次电泳沉积15~30s，间隔为10s；作为本专利技术的进一步改进，步骤S21中，施加的电压优选为20V/cm；所述MXene纳米片溶液的取量优选为30~40mL。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，步骤S22中，所述通过快速电泳沉积技术在MXene膜上制备PCN
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222层，具体包括如下步骤：将覆盖有MXene膜的铜板浸入S1中制备的PCN
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222前体溶液中，施加电场强度为20V/cm，持续15~30min，分三次完成沉积过程，每次电泳沉积5~10min，间隔为10min，取出并干燥后，即得到MXene/PCN
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222复合双层膜。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，步骤S3中，过硫酸铵溶液的浓度为0.03~0.05g/ml。
[0015]按照本专利技术的第二个方面，提供一种MOF/MXene/PPy@CelF多孔纳米材料，采用所述的方法制备。
[0016]按照本专利技术的第三个方面，提供一种所述的MOF/MXene/PPy@CelF多孔纳米材料在超级电容器中的应用，所述超级电容器组装方法为：将所述MOF/MXene/PPy@CelF多孔纳米材料切割为矩形膜，将矩形膜粘在不导电的基片上来制作薄膜电极；将固态电解质夹在两个薄膜电极之间制备得到柔性超级电容器。
[0017]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：（1）本专利技术在独立的MXene二维材料上覆盖一层PCN
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222膜，以产生一个具有良好变形能力和可编辑性的高功能柔性电极。PCN
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222镶嵌在MXene层上，在连续堆叠的MXene层
之间形成了连续的导电网络结构。在这种结构中，MXene层可以作为粘合剂和导电添加剂来组装PCN
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222材料，促进电荷转移。同时PCN
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222材料可以被用作间隔物，从而扩大层间距离，改善离子传输路径，并保持复合膜的优良弹性。此外，插入MXene中的多孔结构可以为离子提供一个方便的传输路径。最后，将PCN
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222/MXene均匀地分布在整个三维聚合物基体PPy@CelF上，从而形成了一个机械增强的系统。受益于这种独特的分层设计，三层组分被组装起来，形成一个相互连接的多层纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MOF/MXene/PPy@CelF多孔纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1制备MXene材料、MOF材料和PPy@CelF材料；采用HF酸刻蚀法制备MXene溶液；通过苯甲酸、卟啉配体、氯化锆、N，N
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二乙基甲酰胺制备PCN
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222前体溶液；采用原位聚合法制备PPy@CelF溶液；S2制备MXene/PCN
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222复合材料；S21电泳沉积法制备MXene膜；取适量步骤S1中制备的MXene纳米片溶液，将铜板、铂板或镍板中的一种浸入该溶液中作为阳极，碳板、不锈钢板或ITO导电玻璃中的一种作为阴极，直接施加电压，持续30~60s，然后取出阳极并在室温下真空干燥，得到MXene膜；S22通过快速电泳沉积技术在所述MXene膜上制备PCN
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222层，得到MXene/PCN
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222双层复合膜；S3浸涂法制备MOF/MXene/PPy@CelF多孔纳米材料；将所述MXene/PCN
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222双层复合膜浸入到所述PPy@CelF的溶液中，20~30分钟后除去该溶液，再将过硫酸铵溶液倒在PPy@CelF涂层的膜上，并保持振荡，再用去离子水冲洗数次，得到所述MOF/MXene/PPy@CelF多孔纳米材料。2.根据权利要求1所述的MOF/MXene/PPy@CelF多孔纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述MXene材料的制备步骤如下：将含Al的MAX相陶瓷与HF酸混合并搅拌均匀，以蚀刻Ti3AlC2中的Al；离心洗涤刻蚀好的Ti3AlC2分散液，直到pH值≥6；继续离心分离30~60min，收集上清液得到二维层状MXene。3.根据权利要求1所述的MOF/MXene/PPy@CelF多孔纳米材料的制备方法，其特征在于，含Al的MAX相陶瓷与HF酸质量比为3：(10～20)。4.根据权利要求1所述的MOF/MXene/PPy@CelF多孔纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述MOF材料的制备具体包括如下步骤：将60份苯甲酸、1份卟啉配体和1.25~1.5份氯化锆与10~2...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟振蕾，禹杰，
申请(专利权)人：苏州希夫安材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：