一种多孔MXene材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种多孔MXene材料及其制备方法和应用，属于MXene材料技术领域。本发明专利技术提供了一种多孔MXene材料的制备方法，包括以下步骤：将MXene分散液进行喷雾裂解，得到所述多孔MXene材料。本发明专利技术针对现有技术中存在的MXene是多层堆叠结构、层间间距较小、作为锂离子电池的负极材料时，严重阻碍金属离子的快速可逆嵌入/脱出的问题，通过喷雾裂解的方式，即将MXene分散液经雾化器雾化，由载气带入高温管式炉中加热，制得多孔褶皱的多孔MXene材料，导电性更好，层间间距较大，比表面积增大，锂离子传输更为方便，得到了高离子、电子电导率和电化学性能优异的多孔MXene材料。电化学性能优异的多孔MXene材料。电化学性能优异的多孔MXene材料。

【技术实现步骤摘要】
一种多孔MXene材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及MXene材料
，尤其涉及一种多孔MXene材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]层状材料具有不同寻常的物理性能和优异的电学性能。最重要的是，暴露出的超高表面积使其应用十分广泛。在层状材料中，具有二维或类二维形貌的碳材料由于其大比表面积、优良的导电性、化学惰性和低成本等内在优势，在催化、水/气体净化或能量转换/存储等领域中受到广泛应用。
[0003]然而，二维结构碳材料面临着严重团聚的问题，尤其在电化学储能领域中将其制备成电极后，会限制离子可及性、扩散和质量输运。为了解决上述问题，许多研究人员致力于通过设计结构(如三维的多孔膜、支架和网络)来重构二维碳材料，以增加离子可接触表面积，提高离子传输效率。常用的方法包括制备褶皱纳米片或在纳米片中加入小尺寸的纳米颗粒，使得在这些纳米颗粒在堆积在一起时可以产生层间空间。
[0004]MXene是一种由过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物构成的二维无机化合物，其具有多层结构和优异的电子电导率。然而，由于MXene表面暴露金属原子的比例高，通常呈现出热力学亚稳态，具有较高的表面能。在一定温度下，即使在制备过程中通入保护气体(氮气、氩气)，保护气体中的微量氧依然会和MXene表面存在的含氧基团发生反应，自发转化为更稳定的金属氧化物，而这种表面氧化会导致电导率的降低和反应界面的钝化。通常制备微纳米材料所采用的方法如水/溶剂热合成、回流和煅烧等都很难避免这种现象的发生。

技术实现思路
<br/>[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种多孔MXene材料及其制备方法和应用。本专利技术制得的多孔MXene材料电导率高，电化学性能优异。
[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多孔MXene材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将MXene分散液进行喷雾裂解，得到所述多孔MXene材料。
[0009]优选地，所述喷雾裂解的温度为400～1000℃，载气为氮气，所述载气的流速为200～400sccm。
[0010]优选地，所述MXene分散液中还包括层间间隔剂，所述层间间隔剂包括金属氧化物、金属氮化物、葡萄糖和氧化石墨烯中的一种或多种。
[0011]优选地，所述MXene分散液中MXene纳米片与层间间隔剂的质量比为(0.5～2.5)：1。
[0012]优选地，所述MXene分散液中MXene纳米片与层间间隔剂的质量比为(1～2)：1。
[0013]优选地，当所述层间间隔剂为葡萄糖和/或氧化石墨烯时，所述喷雾裂解的温度为400～600℃，载气为氮气，所述载气的流速为200～400sccm。
[0014]优选地，所述MXene分散液中的MXene包括Ti3C2T
x
、Ti2CT
x
、V2CT
x
、Mo2CT
x
、Nb2CT
x
、Nb4C3T
x
、Cr2CT
x
、Mo2TiC2T
x
和Mo2Ti2C3T
x
中的一种或多种，其中T
x
包括
‑
F、
‑
Cl、
‑
OH和
‑
O中的一种或多种。
[0015]优选地，所述MXene分散液中MXene的质量浓度为2～5mg
·
mL
‑1。
[0016]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制得的多孔MXene材料。
[0017]本专利技术还提供了上述技术方案所述的多孔MXene材料作为锂离子电池负极材料的应用。
[0018]本专利技术提供了一种多孔MXene材料的制备方法，包括以下步骤：将MXene分散液进行喷雾裂解，得到所述多孔MXene材料。
[0019]本专利技术针对现有技术中存在的MXene是多层堆叠结构、层间间距较小、作为锂离子电池的负极材料时，严重阻碍金属离子的快速可逆嵌入/脱出的问题，通过喷雾裂解的方式，即将MXene分散液经雾化器雾化，由载气带入高温管式炉中加热，制得多孔褶皱的多孔MXene材料，导电性更好，层间间距较大，比表面积增大，锂离子传输更为方便，得到了高离子、电子电导率和电化学性能优异的多孔MXene材料。
[0020]进一步地，MXene分散液中还包括层间间隔剂，进一步增大层间间距，导电性更好，比表面积更大，锂离子传输更为方便。
[0021]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制得的多孔MXene材料。
附图说明
[0022]图1中a为多孔MXene
‑
SP材料的SEM图，b为MXene
‑
SP作为锂离子电池负极材料在0.1A
·
g
‑1电流密度下的循环性能图；
[0023]图2中a为多孔MXene/C
‑
SP材料的SEM图，b为MXene/C
‑
SP作为锂离子电池负极材料在0.1A
·
g
‑1电流密度下的循环性能图；
[0024]图3为多孔MXene/rGO
‑
SP材料在不同放大倍率下的SEM图；
[0025]图4中a为实施例4中MXene粉末材料的SEM图，b为实施例4中MXene粉末材料作为锂离子电池负极材料在0.1A
·
g
‑1电流密度下的循环性能图。
具体实施方式
[0026]本专利技术提供了一种多孔MXene材料的制备方法，包括以下步骤：
[0027]将MXene分散液进行喷雾裂解，得到所述多孔MXene材料。
[0028]在本专利技术中，若无特殊说明，使用的原料均为本领域市售商品。
[0029]在本专利技术中，所述喷雾裂解的温度优选为400～1000℃，载气优选为氮气，所述载气的流速优选为200～400sccm。
[0030]在本专利技术中，所述MXene分散液中优选还包括层间间隔剂，所述层间间隔剂优选包括金属氧化物、金属氮化物、葡萄糖和氧化石墨烯中的一种或多种。
[0031]在本专利技术中，所述MXene分散液中MXene纳米片与层间间隔剂的质量比优选为(0.5～2.5)：1，更优选为(1～2)：1。
[0032]在本专利技术中，当所述层间间隔剂优选为葡萄糖和/或氧化石墨烯时，所述喷雾裂解的温度优选为400～600℃，载气优选为氮气，所述载气的流速优选为200～400sccm。
[0033]当所述层间间隔剂优选包括金属氧化物、金属氮化物和葡萄糖中的一种或多种时，优选直接将所述层间间隔剂与所述MXene分散液混合。
[0034]当所述层间间隔剂优选包括氧化石墨烯时，所述氧化石墨烯优选以氧化石墨烯水溶液的形式加入。
[0035]当所述MXene分散本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔MXene材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将MXene分散液进行喷雾裂解，得到所述多孔MXene材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述喷雾裂解的温度为400～1000℃，载气为氮气，所述载气的流速为200～400sccm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述MXene分散液中还包括层间间隔剂，所述层间间隔剂包括金属氧化物、金属氮化物、葡萄糖和氧化石墨烯中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述MXene分散液中MXene纳米片与层间间隔剂的质量比为(0.5～2.5)：1。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述MXene分散液中MXene纳米片与层间间隔剂的质量比为(1～2)：1。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，当所述层间间隔剂为葡萄糖和/或氧化石墨烯时，所述喷雾裂解的温度为400～600℃，载气为氮气，所述载气的流速为200～400sccm。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述MXene分散...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁兵，许冲，夏玉玲，毛志浩，张校刚，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：