杂原子掺杂MXene材料及其制备方法与应用技术

本申请涉及材料制备技术领域，尤其涉及一种杂原子掺杂MXene材料及其制备方法与应用。该制备方法以MAX相陶瓷材料为前驱体通过刻蚀制备MXene溶液在短时间内实现杂原子对MXene材料的杂原子掺杂，以增强MXene材料的电化学储能性能。同时，避免MXene材料在成膜过程中的重新堆叠问题。所采用的微波辐照处理的方法可在较短时间内实现杂原子的掺杂，使用仪器简单，处理过程中没有产生其他副产物，十分高效，环保节能，安全系数高，有利于广泛使用。有利于广泛使用。有利于广泛使用。

【技术实现步骤摘要】
杂原子掺杂MXene材料及其制备方法与应用


[0001]本申请属于材料制备
，尤其涉及一种杂原子掺杂MXene材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]MXene是一类二维过渡金属碳化物/氮化物/碳氮化物，许多MXene已被预测具有优异的电子、光学、等离子体和热电性质，具有高电导率、高比表面积、高堆积密度和亲水表面等特点，在储能领域展现出巨大的潜力。
[0003]虽然MXene材料理论电容量高，但是其潜在的层间储能空间并没有被完全利用，主要是由于MXene材料自身为二维材料，其片层之间容易层叠导致不利于电解液传输，进而严重降低了MXene材料的电化学利用率。并且，MXene材料形状不规则，导致材料之间接触不通畅，不利于形成通畅的导电网络。为了克服材料的缺点，许多研究者利用原子对MXene材料进行掺杂处理。
[0004]迄今为止，关于MXene在原子掺杂方向的研究有溶剂热法、等离子处理法、热处理法等，目前使用的各种掺杂处理的方法一方面不利于确保MXene材料自身的结构及性质，另一方面则是掺杂反应周期长、步骤冗杂，不利于安全生产制备。
[0005]因此，开发安全可靠、步骤简单的杂原子掺杂MXene材料的制备工艺，以及研究其应用具有重要的现实意义。

技术实现思路

[0006]本申请的目的在于提供一种杂原子掺杂MXene材料及其制备方法与应用，旨在解决现有技术中掺杂反应周期长、步骤冗杂、制备流程不安全的问题。
[0007]为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
[0008]第一方面，本申请提供一种杂原子掺杂MXene材料的制备方法，包括如下步骤：
[0009]将前驱体MAX相陶瓷材料、酸溶液、氟酸盐混合处理后进行刻蚀反应，制备MXene溶液；
[0010]提供掺杂剂，将掺杂剂和MXene溶液依次进行混合、减压过滤处理，得到掺杂剂/MXene薄膜材料；
[0011]将掺杂剂/MXene薄膜材料进行微波辐照处理，再进行后处理，得到杂原子掺杂MXene材料。
[0012]第二方面，本申请提供一种杂原子掺杂MXene材料，杂原子掺杂MXene材料由杂原子掺杂MXene材料的制备方法制备得到，其中，杂原子选自氮原子、硫原子、磷原子中至少一种。
[0013]第三方面，本申请提供一种杂原子掺杂MXene材料作为超级电容器的电极材料的应用。
[0014]本申请第一方面提供的杂原子掺杂MXene材料的制备方法，该制备方法以MAX相陶
瓷材料为前驱体通过刻蚀反应制备MXene溶液，并引入掺杂剂。利用微波辐照处理的方法在短时间内实现杂原子对MXene材料的杂原子掺杂，在MXene材料的片层中引入杂原子以增强MXene材料的电化学性能，避免MXene材料团聚进而改善材料性能，所采用的微波辐照处理的方法在较短时间内实现了杂原子的掺杂效果，使用仪器简单，处理过程中没有产生其他副产物，十分简单高效，环保节能，安全系数高，有利于广泛使用。
[0015]本申请第二方面提供的杂原子掺杂MXene材料，杂原子掺杂MXene材料由杂原子掺杂MXene材料的制备方法制备得到，其中，杂原子选自氮原子、硫原子、磷原子中至少一种；通过杂原子对MXene材料进行掺杂，能够在一定程度上阻止MXene材料的团聚和重新堆叠，改善MXene材料的润湿性、离子运输性和电子导电性，使得到的杂原子掺杂MXene材料具有更高的比电容、电容保持率和循环性能，能够更广泛应用于电容器领域中。
[0016]本申请第三方面提供的杂原子掺杂MXene材料作为超级电容器的电极材料的应用，由于得到的杂原子掺杂MXene材料具有更高的比电容、电容保持率和循环性能，作为电极材料应用在电容器领域中，能够提高电容器的性能，有利于大规模使用。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1是本申请实施例1提供的制备得到的氮掺杂Ti3C2T
x
材料分别进行XRD、SEM分析图。
[0019]图2是本申请实施例1提供的制备得到的氮掺杂Ti3C2T
x
材料进行XPS全谱分析图。
[0020]图3是本申请实施例1提供的制备得到的氮掺杂Ti3C2T
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材料以及常规的Ti3C2T
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材料作为电极材料在超级电容器器件在不同扫描速度下的CV图。
[0021]图4是本申请实施例1提供的制备得到的氮掺杂Ti3C2T
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材料作为电极材料在超级电容器器件中在不同弯曲角度下各电流密度下的面积比电容分析图。
[0022]图5是本申请实施例1提供的制备得到的氮掺杂Ti3C2T
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材料以及常规的Ti3C2T
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材料在5mV/s下的电容贡献率分析图。
具体实施方式
[0023]为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0024]本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0025]本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表
示：a,b,c,a
‑
b(即a和b),a
‑
c,b
‑
c,或a
‑
b
‑
c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
[0026]应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
[0027]在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
[0028]本申请实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本申请实施例说明书相关组分的含量按比例放大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种杂原子掺杂MXene材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将前驱体MAX相陶瓷材料、酸溶液、氟酸盐混合处理后进行刻蚀反应，制备MXene溶液；提供掺杂剂，将所述掺杂剂和所述MXene溶液依次进行混合、减压过滤处理，得到掺杂剂/MXene薄膜材料；将所述掺杂剂/MXene薄膜材料进行微波辐照处理，再进行后处理，得到杂原子掺杂MXene材料。2.根据权利要求1所述的杂原子掺杂MXene材料的制备方法，其特征在于，所述掺杂剂选自含氮、硫、磷元素中至少一种元素的单质或化合物。3.根据权利要求2所述的杂原子掺杂MXene材料的制备方法，其特征在于，所述含氮元素的化合物选自CH4N2S、CH4N2O、C3H6N6、C2H4N4中的至少一种；和/或，所述含硫元素的化合物选自Na2S
·
9H2O、ZnS、Li2S中的至少一种；和/或，所述含磷元素的单质或化合物选自C6H
18
O
24
P6、NaH2PO2、红磷中的至少一种。4.根据权利要求1所述的杂原子掺杂MXene...

【专利技术属性】
技术研发人员：于佳立，范志敏，曾敏灵，黄恒，秦佳莹，朱才镇，徐坚，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：