一种柔性自支撑MXene量子点/MXene薄膜电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种柔性自支撑MXene量子点/MXene薄膜电极及其制备方法和应用，属于柔性储能电极材料技术领域。本发明专利技术在微波条件下进行水热反应，无需惰性气体保护，利用分子剪切试剂作为MXene纳米片的表面钝化剂和剪切试剂，同时实现了MXene的抗氧化和维度剪裁，进而一步法原位衍生0D MXene量子点修饰2D MXene纳米片，所形成的同种0D MXene量子点与2D MXene更容易形成强的相互作用，有利于电子的快速传输；而且2D纳米片作为基底，阻止0D量子点团聚，0D MXene量子点能提供更多的电化学活性位点，能显著增强MXene纳米片的电荷存储能力。力。力。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性自支撑MXene量子点/MXene薄膜电极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及柔性储能电极材料制备
，尤其涉及一种柔性自支撑MXene量子点/MXene薄膜电极及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着科学技术的进步和人类生活水平的提升，具有先进功能以及技术创新的高科技设计和产品，成为人类的期盼和社会发展的方向。目前，新兴的一些柔性、可弯曲和可折叠的电子设备，如可穿戴的电子产品、可折叠的智能手机、电子皮肤和可植入的医疗监测设备，为人类的生产生活带来便利，并提高了人们的生活质量。为了给这些先进的电子设备供能，需要开发柔性的储能器件，以确保这些电子设备在发生形变的同时，依旧保持着优异且稳定的电荷存储能力。与此同时，为了制备高性能的柔性储能器件，研制具有优异机械柔性和高电荷存储能力的电极材料非常重要。
[0003]MXene作为一种新型的二维(2D)纳米材料，具有优异的导电性、金属多价态、丰富的表面亲水官能团、质子插层赝电容以及高的机械柔性等特点。通过真空抽滤MXene溶液，可制备柔性自支撑MXene电极材料，其在柔性储能领域被广泛研究。通常制备的MXene呈现多层堆叠形貌，将多层纳米片剥离成单层或少层能极大地增加MXene的比表面积和电化学活性位点。但是，MXene的剥离策略并没有解决MXene纳米片在自支撑电极制备过程中由于纳米片紧密堆积导致的活性位点封锁和电解质传输受阻等问题。因此，通过调控MXene的结构或表面化学，可制备性能更优异的柔性自支撑电极材料。
[0004]0D量子点因其小尺寸的结构特点，具有更多的边缘活性位点，更短的离子扩散距离，更大的电解质可接触面积，被广泛应用于能源存储、催化和吸附等领域。因此，将2D纳米材料裁剪成0D量子点，是制备高性能电极材料的一种有效策略。水热法是2D材料制备0D量子点的常用方法，但是，MXene纳米片在水热法的湿润条件和受热环境下易氧化，从而损坏MXene优异的柔性和导电性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种柔性自支撑MXene量子点/MXene薄膜电极及其制备方法和应用，所制备的薄膜电极具有良好的机械柔性和优异的电荷存储能力。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种柔性自支撑MXene量子点/MXene薄膜电极的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将MXene纳米片分散液和分子剪切试剂混合，得到前驱体溶液；
[0009]将所述前驱体溶液在微波条件下进行水热反应，得到柔性自支撑MXene量子点/MXene薄膜电极。
[0010]优选的，所述MXene纳米片分散液的制备方法包括以下步骤：将MAX原料和刻蚀溶
液混合，进行刻蚀，得到多层MXene纳米片；将所述多层MXene纳米片和水混合，进行超声剥离，得到MXene纳米片分散液。
[0011]优选的，所述超声剥离的功率为300～600W，时间为30～60min。
[0012]优选的，所述MAX原料的化学式为M
n+1
AX
n
，M为Sc、Ti、Zr、V、Nb、Cr或Mo，A为Al、Ga、Si、TI、Sn或Ge，X为C或N，n＝1～3。
[0013]优选的，所述MXene纳米片分散液的浓度为5～15mg
·
mL
‑1；所述分子剪切试剂包括柠檬酸、单宁酸、海藻酸钠和聚多巴胺中的一种或几种。
[0014]优选的，所述分子剪切试剂的质量与MXene纳米片分散液的体积之比为(2～4)g:(6～10)mL。
[0015]优选的，所述MXene纳米片分散液和分子剪切试剂混合在搅拌条件下进行；所述搅拌的速率为200～400r
·
min
‑1，时间为8～12h。
[0016]优选的，所述水热反应的温度为160～200℃，功率为600～800W，时间为0.5～2h。
[0017]本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的柔性自支撑MXene量子点/MXene薄膜电极，包括2D MXene纳米片和修饰于所述2D MXene纳米片表面的0D MXene量子点。
[0018]本专利技术提供了上述技术方案所述柔性自支撑MXene量子点/MXene薄膜电极在柔性储能器件或可穿戴电子设备中的应用。
[0019]本专利技术提供了一种柔性自支撑MXene量子点/MXene薄膜电极的制备方法，包括以下步骤：将MXene纳米片分散液和分子剪切试剂混合，得到前驱体溶液；将所述前驱体溶液在微波条件下进行水热反应，得到柔性自支撑MXene量子点/MXene薄膜电极。本专利技术在微波条件下进行水热反应，无需惰性气体保护，利用分子剪切试剂作为MXene纳米片的表面钝化剂和剪切试剂，同时实现了MXene的抗氧化和维度剪裁(剪切2D MXene纳米片形成0D MXene量子点)，进而一步法原位衍生0D MXene量子点修饰2D MXene纳米片，所形成的同种0D MXene量子点与2D MXene更容易形成强的相互作用(MXene量子点存在更多暴露的Ti
‑
OH、Ti
‑
O、C
‑
O边缘活性位点，这些丰富的活性位点可与MXene纳米片表面的极性官能团形成强的氢键和范德华力相互作用)，有利于电子的快速传输；而且2D纳米片作为基底，阻止0D量子点团聚，0D MXene量子点能提供更多的电化学活性位点，能显著增强MXene纳米片的电荷存储能力。
[0020]本专利技术制备的柔性自支撑MXene量子点/MXene薄膜电极不仅具有良好的机械柔性，还表现出优异的电荷存储能力。柔性自支撑0D/2D MXene量子点/MXene薄膜电极组装的对称固态超级电容器不仅具有高的能量密度(30～100μWh
·
cm
‑2)和功率密度(0.5～10mW cm
‑2)，在不同的弯折状态下(0
°
～180
°
)还表现出稳定的电荷存储性能。因此，该电极在柔性储能器件(超级电容器、离子电池、锂硫电池等)和可穿戴电子设备中具有巨大的应用潜力。
[0021]本专利技术的制备方法简单可控，普适性好，无需粘结剂和导电试剂，大大降低了成本，易于工业化生产。
附图说明
[0022]图1为实施例1制得的柔性自支撑0D/2D MXene量子点/MXene薄膜电极的宏观照片；
[0023]图2为实施例1制得的柔性自支撑0D/2D MXene量子点/MXene薄膜电极的高分辨透射电子显微镜照片(a)、0D MXene量子点晶格条纹图(b)和0DMXene量子点的粒径分布图(c)；
[0024]图3为实施例2制得的柔性自支撑0D/2D MXene量子点/MXene薄膜电极的高分辨透射电子显微镜照片(a)和MXene量子点的粒径分布图(b)；
[0025]图4为实施例1制得的柔性自本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性自支撑MXene量子点/MXene薄膜电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将MXene纳米片分散液和分子剪切试剂混合，得到前驱体溶液；将所述前驱体溶液在微波条件下进行水热反应，得到柔性自支撑MXene量子点/MXene薄膜电极。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述MXene纳米片分散液的制备方法包括以下步骤：将MAX原料和刻蚀溶液混合，进行刻蚀，得到多层MXene纳米片；将所述多层MXene纳米片和水混合，进行超声剥离，得到MXene纳米片分散液。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述超声剥离的功率为300～600W，时间为30～60min。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述MAX原料的化学式为M
n+1
AX
n
，M为Sc、Ti、Zr、V、Nb、Cr或Mo，A为Al、Ga、Si、TI、Sn或Ge，X为C或N，n＝1～3。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述MXene纳米片分散液的浓度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王刚，刘涵丹，徐丹，刘艳艳，
申请(专利权)人：石河子大学，
类型：发明
国别省市：