一种纤维状MXene负载NiCoS复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种纤维状MXene负载NiCoS复合材料，以四水合乙酸镍、乙酸钴、均苯三甲酸、1,4

【技术实现步骤摘要】
high
‑
performance supercapacitors. J Ind Eng Chem. 2022, 82, 309
‑
316.]，Li等人将过渡金属硫化物NiCo2S4均匀沉积在片状MXene上，用作为超级电容器的一种无粘合剂复合电极材料，在1 A g
‑1的电流密度下具有的比电容为596.7 C g
‑1，MXene
‑
NiCo2S4与活性炭组成非对称超级电容器，在0.48 kW/kg 功率密度下表现出27.24 Wh/kg，文献表明，MXene与NiCo2S4的结使其具有独特的纳米结构，从而提供了更大的表面积，并在电解液中暴露了更多的氧化还原位点。
[0009]现有技术表明，金属有机骨架材料具有孔隙结构丰富、元素可调、结构可控等诸多优点，是制备过渡金属硫化物的理想前驱体。虽然金属硫化物表现出高容量和高导电性，但是其在超级电容器电极材料中的进一步应用受到其表面积小、容易堆积、化学不稳定性和机械性能弱的缺点，在长期充放电过程中容易被氧化还原反应破坏，导致倍率性能和循环稳定性较差的限制，因此，与MXene结合可以实现协同效应，避免金属硫化物堆积以及结构的破坏等问题，从而提高电化学性能。
[0010]因此，本专利通过引入纤维状MXene为基体，不仅保留着少层片状MXene的导电性，还可以提高其比表面积和起到控制整体材料形貌的作用，纤维状MXene和其他功能性纳米粒子的结合可以实现协同效应，从而提高电化学性能；通过合理的制备方法，对材料的形貌进行控制，得到以纤维状MXene为基体的NiCoS复合电极材料，能使NiCoS纳米颗粒分散避免堆积，以及提供整体的导电性，也是提高材料性能的有效途径。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是提供一种纤维状MXene负载NiCoS复合材料及其制备方法和应用。
[0012]为了解决提升MOFs衍生金属硫化物材料的电化学性能和电化学循环稳定性的问题，本专利技术采用的方法为：通过刻蚀出少层片状MXene，进一步震荡处理后得到纤维状MXene，同时，在纤维状MXene基底材料上均匀负载NiCoS纳米颗粒，制备一种结构稳定的NiCoS@MXene复合材料。
[0013]其中，负载NiCoS的作用包括：1、NiCoS自身属于一种赝电容电极材料；2、过渡金属硫化物具有优异的电容和相对高于MOFs的导电性，具有更高的电化学活性和更高的容量；3、NiCoS材料可以发生更多的氧化还原反应。
[0014]另外，引入纤维状MXene作为基底材料的作用有3个方面：1、能有效提高材料整体的导电性；2、增大复合材料的比表面积，还可以起到控制整体形貌的作用；3、使复合材料与电解质的接触面积加大，能加速离子的扩散，从而达到提升复合材料整体超级电容性能的目的。
[0015]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种纤维状MXene负载NiCoS复合材料，以四水合乙酸镍、乙酸钴、均苯三甲酸、1,4
‑
二氮杂双环[2,2,2]辛烷和十二烷基硫酸钠为原料，经水热反应制得NiCo
‑
MOFs；同时，以Ti3AlC2、氟化锂和浓盐酸为原料，经刻蚀处理得到少层片状MXene，以及进一步经震荡处理得到纤维状MXene；最后，以NiCo
‑
MOFs为前驱体，纤维状MXene为基体，加入硫代乙酰胺，经
第二次水热反应，在纤维状MXene表面均匀负载颗粒状NiCoS复合材料即可得到纤维状MXene负载NiCoS复合材料。
[0016]所述少层片状MXene具有微米的片状结构；所述纤维状MXene具有纤维状结构，其直径为10
‑
40nm；所述颗粒状NiCoS的直径为5
‑
30nm。
[0017]一种纤维状MXene负载NiCoS复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，NiCo
‑
MOFs的制备，以四水合乙酸镍、四水合乙酸钴、均苯三甲酸、1,4
‑
二氮杂双环[2,2,2]辛烷和十二烷基硫酸钠满足一定的物质的量之比，先将四水合乙酸镍、四水合乙酸钴溶于水配制成溶液A，同时，将均苯三甲酸和1,4
‑
二氮杂双环[2,2,2]辛烷溶于无水乙醇和N,N
‑
二甲基甲酰胺混合溶剂中，配制成溶液B，之后，将溶液A和溶液B混合并加入十二烷基硫酸钠，得到第一次水热反应液，然后，将第一次水热反应液在一定条件下进行第一次水热反应，第一次水热产物经蒸馏水、无水乙醇洗涤和干燥即可得到NiCo
‑
MOFs；所述步骤1四水合乙酸镍、四水合乙酸钴、均苯三甲酸、1,4
‑
二氮杂双环[2,2,2]辛烷和十二烷基硫酸钠的物质的量之比为4：2：3：6：6；所述溶液A的金属离子总浓度为0.0088 g/mL，溶液B的金属离子总浓度为0.0036 g/mL；所述第一次水热反应的条件为反应温度为140
‑
200℃，反应时间为18
‑
24h；步骤2，纤维状MXene的制备，先通过刻蚀处理，将MAX制为少层片状MXene，然后，再通过震荡处理，将少层片状MXene制为纤维状MXene；所述步骤2刻蚀处理，以氟化锂和浓盐酸满足一定质量之比，将氟化锂溶于浓盐酸中，在一定条件下进行搅拌，即可得到刻蚀液，然后，将Ti3AlC2置于刻蚀液中，在一定条件下进行刻蚀处理，刻蚀处理完毕后，刻蚀产物在一定条件下进行离心洗涤，直至上清液的pH值接近中性后，进行超声分散，得到分散液，对分散液进行冷冻干燥处理，即可得到少层片状MXene；所述步骤2氟化锂和浓盐酸的质量之比为1:（5
‑
10），所述刻蚀液的搅拌条件为，搅拌速度为400
‑
600 rpm，搅拌时间为3
‑
10 min；所述步骤2刻蚀处理的条件为，刻蚀温度为30
‑
40℃，刻蚀时间为20
‑
36 h；所述步骤2离心条件为，离心转速为4000
‑
6000rpm，离心次数为10
‑
20次；6、根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2震荡处理，即少层片状MXene制备为纤维状MXene的制备方法为，将少层片状MXene进行超声分散后，以一定条件下进行震荡处理，震荡产物经去离子水洗涤并真空干燥后，即可得到纤维状MXene；所述步骤2超声分散的条件为，在6mol/L 氢氧化钾溶液中超声分散20
‑
40min；所述步骤2震荡处理的条件为，震荡温度为20
‑
30℃，震荡转速为120
‑
180 rpm，震荡时间为3
‑
6天；步骤3，NiCoS@MXene的制备，首先，以步骤1所得NiCo
‑
MOFs、步骤2所得纤维状MXene和硫代乙酰胺满足一定质量之比，将NiCo
‑
MOFs、纤维状MXene和硫代乙本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤维状MXene负载NiCoS复合材料，其特征在于：以四水合乙酸镍、乙酸钴、均苯三甲酸、1,4
‑
二氮杂双环[2,2,2]辛烷和十二烷基硫酸钠为原料，经水热反应制得NiCo
‑
MOFs；同时，以Ti3AlC2、氟化锂和浓盐酸为原料，经刻蚀处理得到少层片状MXene，以及进一步经震荡处理得到纤维状MXene；最后，以NiCo
‑
MOFs为前驱体，纤维状MXene为基体，加入硫代乙酰胺，经第二次水热反应，在纤维状MXene表面均匀负载颗粒状NiCoS复合材料即可得到纤维状MXene负载NiCoS复合材料。2.根据权利要求1所述纤维状MXene负载NiCoS复合材料，其特征在于：所述少层片状MXene具有微米的片状结构；所述纤维状MXene具有纤维状结构，其直径为10
‑
40nm；所述颗粒状NiCoS的直径为5
‑
30nm。3.一种纤维状MXene负载NiCoS复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，NiCo
‑
MOFs的制备，以四水合乙酸镍、四水合乙酸钴、均苯三甲酸、1,4
‑
二氮杂双环[2,2,2]辛烷和十二烷基硫酸钠满足一定的物质的量之比，先将四水合乙酸镍、四水合乙酸钴溶于水配制成溶液A，同时，将均苯三甲酸和1,4
‑
二氮杂双环[2,2,2]辛烷溶于无水乙醇和N,N
‑
二甲基甲酰胺混合溶剂中，配制成溶液B，之后，将溶液A和溶液B混合并加入十二烷基硫酸钠，得到第一次水热反应液，然后，将第一次水热反应液在一定条件下进行第一次水热反应，第一次水热产物经蒸馏水、无水乙醇洗涤和干燥即可得到NiCo
‑
MOFs；步骤2，纤维状MXene的制备，先通过刻蚀处理，将MAX制为少层片状MXene，然后，再通过震荡处理，将少层片状MXene制为纤维状MXene；步骤3，NiCoS@MXene的制备，首先，以步骤1所得NiCo
‑
MOFs、步骤2所得纤维状MXene和硫代乙酰胺满足一定质量之比，将NiCo
‑
MOFs、纤维状MXene和硫代乙酰胺在无水乙醇溶液中混合并超声处理，得到第二次水热反应液，然后，将第二次水热反应液在一定条件下进行第二次水热反应，第二次水热产物经蒸馏水、无水乙醇洗涤后干燥，即可得到纤维状MXene负载NiCoS复合材料，简称为NiCoS@MXene。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1四水合乙酸镍、四水合乙酸钴、均苯三甲酸、1,4
‑
二氮杂双环[2,2,2]辛烷和十二烷基硫酸钠的物质的量之比为4：2：3：6：6；所述溶液A的金属离子总浓度为0.0088 g/mL，溶液B的金属离子总浓度为0.0036 g/mL；所述第一次水热反应的条件为反应温度为140
‑
200℃，反应时间为18
‑
24h。5.根据权利要求3所述的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐芬，劳剑浩，钟泞宽，孙立贤，梁建敏，杨瑜锴，周天昊，王瑜，王颖晶，朱琰玲，邵旗伟，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：