一种异质纳米片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种异质纳米片及其制备方法和应用。本发明专利技术的异质纳米片的制备方法包括以下步骤：1)制备金属氧化物纳米片；2)制备过渡金属碳化物纳米片分散液；3)将金属氧化物纳米片分散在水中，再加入过渡金属碳化物纳米片分散液，混合均匀，再分离出固体产物，即得异质纳米片。本发明专利技术的异质纳米片可以用作电极材料，由其制成的电极具有比电容高、倍率性能好、循环稳定性好、电阻低等优点，电化学性能优异，在超级电容器领域有着广阔的应用前景。在超级电容器领域有着广阔的应用前景。在超级电容器领域有着广阔的应用前景。

A heterogeneous nano sheet and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种异质纳米片及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及超级电容器储能
，具体涉及一种异质纳米片及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在能量存储领域，目前最有效同样也是应用最为广泛的能量存储技术为电化学能量存储技术，而电池和超级电容器是典型代表。超级电容器具有功率密度大、使用温度区间宽、使用寿命长等电池所不具备的优点，可与电池互补，甚至在某些领域可以取代电池。然而，现有的超级电容器的电容远低于电池，难以满足实际应用需求，应用受到很大限制。
[0003]超级电容器的性能由其所使用的电极材料决定，碳材料、导电聚合物和金属氧化物是最为常用的三种超级电容器电极材料。碳材料主要通过双电层储存/释放能量，双电层电容是物理过程，因此响应速率快、衰减慢，表现出优异的倍率性能和循环稳定性，但比电容和密度低，难以满足实际需求。导电聚合物主要通过赝电容储存能量，赝电容通过材料表面快速法拉第反应进行储能，其比电容较高，且导电聚合物还具有成本低、无污染等优点，但其内阻大、循环稳定性差，在超级电容器中使用较少。金属氧化物也是通过赝电容储存能量，其比电容为三者之中最高，可以达到碳材料的5倍以上，且密度高，十分适合在微型超级电容器中使用，但金属氧化物也存在电导率低和循环稳定性差的问题，应用同样受到限制。
[0004]因此，制备一种同时具备高比电容、高电导率、优异的循环稳定性的电极材料具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种异质纳米片及其制备方法和应用。
[0006]本专利技术所采取的技术方案是：
[0007]一种异质纳米片的制备方法包括以下步骤：
[0008]1)将聚乙二醇
‑
聚丙二醇
‑
聚乙二醇三嵌段共聚物分散在乙醇
‑
水混合溶剂中，再加入金属氧化物前驱体，混合均匀后进行溶剂热反应，分离出固体产物，得到金属氧化物纳米片；
[0009]2)将氟化锂分散在盐酸溶液中，再加入过渡金属碳化物前驱体，混合均匀后进行反应，得到过渡金属碳化物纳米片分散液；
[0010]3)将金属氧化物纳米片分散在水中，再加入过渡金属碳化物纳米片分散液，混合均匀，
[0011]再分离出固体产物，即得异质纳米片。
[0012]优选的，一种异质纳米片的制备方法包括以下步骤：
[0013]1)将聚乙二醇
‑
聚丙二醇
‑
聚乙二醇三嵌段共聚物分散在乙醇
‑
水混合溶剂中，再加入金属氧化物前驱体，混合均匀后进行溶剂热反应，离心，再对离心得到的固体进行水洗和干燥，得到金属氧化物纳米片；
[0014]2)将氟化锂分散在盐酸溶液中，再加入过渡金属碳化物前驱体，混合均匀后进行反应，离心，再对离心得到的固体进行水洗，再加水进行超声分散，离心，取离心得到的上层液体，得到过渡金属碳化物纳米片分散液；
[0015]3)将金属氧化物纳米片超声分散在水中，再加入过渡金属碳化物纳米片分散液，再进行超声分散，抽滤，再对滤得的固体进行干燥，即得异质纳米片。
[0016]优选的，步骤1)所述乙醇
‑
水混合溶剂中的乙醇和水的质量比为13～50:1。
[0017]优选的，步骤1)所述金属氧化物前驱体为六氯化钨、乙酸钴中的至少一种。
[0018]优选的，步骤1)所述溶剂热反应在70℃～170℃下进行，反应时间为1h～10h。
[0019]优选的，步骤2)所述盐酸溶液的浓度为1mol/L～12mol/L。
[0020]优选的，步骤2)所述过渡金属碳化物前驱体为钛碳化铝、钒碳化铝、钽碳化铝中的至少一种。
[0021]优选的，步骤2)所述反应在20℃～50℃下进行，反应时间为12h～96h。
[0022]优选的，步骤3)所述金属氧化物纳米片与过渡金属碳化物纳米片分散液中的过渡金属碳化物纳米片的质量比为1:1～10。
[0023]一种异质纳米片，其由上述制备方法制成。
[0024]一种电极，其组成包括上述异质纳米片。
[0025]一种超级电容器，其组成包括上述电极。
[0026]本专利技术的有益效果是：本专利技术的异质纳米片可以用作电极材料，由其制成的电极具有比电容高、倍率性能好、循环稳定性好、电阻低等优点，电化学性能优异，在超级电容器领域有着广阔的应用前景。
[0027]具体来说：
[0028]1)本专利技术的异质纳米片不存在常规二维材料普遍存在的重堆积问题，不会制约其电化学性能；
[0029]2)本专利技术的异质纳米片具有高密度的特性，适合用作微型超级电容器电极材料；
[0030]3)本专利技术的异质纳米片制成的电极具有比电容高、倍率性能好、循环稳定性好、电阻低等优点，电化学性能优异，突破了传统超级电容器电极材料无法兼顾高比电容、高倍率性能和高循环稳定性的瓶颈；
[0031]4)本专利技术的异质纳米片的制备工艺简单、能耗低，适合进行大规模工业化应用。
附图说明
[0032]图1为实施例1中的异质纳米片的SEM图。
[0033]图2为实施例1中的异质纳米片的EDS能谱图。
[0034]图3为实施例1中的钛碳化铝、二碳化三钛纳米片、三氧化钨纳米片和异质纳米片的XRD图。
具体实施方式
[0035]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的解释和说明。
[0036]实施例1：
[0037]一种异质纳米片，其制备方法包括以下步骤：
[0038]1)三氧化钨纳米片的制备：将200mg的聚乙二醇
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聚丙二醇
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聚乙二醇三嵌段共聚物(聚乙二醇、聚丙二醇和聚乙二醇的聚合度分别为20、30和20)加入由13g的无水乙醇和0.45g的去离子水组成的乙醇
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水混合溶剂中，搅拌30min，再加入400mg的六氯化钨，搅拌15min，再将反应液加入反应釜并放入烘箱中，110℃反应2h，再取出反应釜进行空冷，离心，再用去离子水和质量分数为70％的乙醇洗涤离心得到的固体多次，再将得到的固体产物加入真空烘箱中，40℃下真空干燥9h，得到三氧化钨纳米片；
[0039]2)二碳化三钛纳米片分散液的制备：将1g的氟化锂加入20mL浓度为6mol/L的盐酸溶液中，搅拌30min，再缓慢加入1g的钛碳化铝，5min加完，再35℃搅拌反应24h，搅拌转速为200rpm，离心5min，离心机的转速为3500rpm，再对离心得到的固体进行多次水洗直至洗液的pH>5，再加水后在室温和氩气保护下进行1h超声分散，离心1h，离心机的转速为3500rpm，取离心得到的上层液体，得到二碳化三钛纳米片分散液(浓度约1mg/mL)；
[0040]3)异质纳米片和异质纳米片电极的制备：将5mg的三氧化钨纳米片加入5mL的去离子中，超声分散至肉眼观察不到明显颗粒，再加入10mL的二碳化三钛纳米片分散液，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异质纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将聚乙二醇
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聚丙二醇
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聚乙二醇三嵌段共聚物分散在乙醇
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水混合溶剂中，再加入金属氧化物前驱体，混合均匀后进行溶剂热反应，分离出固体产物，得到金属氧化物纳米片；2)将氟化锂分散在盐酸溶液中，再加入过渡金属碳化物前驱体，混合均匀后进行反应，得到过渡金属碳化物纳米片分散液；3)将金属氧化物纳米片分散在水中，再加入过渡金属碳化物纳米片分散液，混合均匀，再分离出固体产物，即得异质纳米片。2.根据权利要求1所述的异质纳米片的制备方法，其特征在于：步骤1)所述乙醇
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水混合溶剂中的乙醇和水的质量比为13～50:1。3.根据权利要求1或2所述的异质纳米片的制备方法，其特征在于：步骤1)所述金属氧化物前驱体为六氯化钨、乙酸钴中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李光吉，宁弈，朱晨静，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：