一种基于MXene与氟化亚铁的纳米复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于纳米材料技术领域，提供了一种基于MXene与氟化亚铁的纳米复合材料及其制备方法和应用。本发明专利技术在FeF2正极材料中引入具有类金属优异导电性的MXene，二维层状结构的MXene本身具有高导电性，与FeF2材料复合，使得MXene可以为FeF2提供连续导电网络，以解决其导电性差的问题。同时，引入具有二维层状结构的MXene，在其表面附着颗粒尺寸较小的氟化亚铁，可为复合正极材料提供更大的化学反应活性比表面积与更丰富的化学反应活性位点，赋予其更高的电化学反应活性。更高的电化学反应活性。更高的电化学反应活性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于MXene与氟化亚铁的纳米复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于纳米材料
，尤其涉及一种基于MXene与氟化亚铁的纳米复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]热电池是一种是以熔融盐为电解质的热激活储备电池，在常温储存下电解质为不导电的固体无机盐，高温下不导电的固体会熔融转变为具有高离子导电率的液体，工作温度时内部温度一般在350～550℃之间。热电池具有激活时间短、自放电小、贮存寿命长、工作温度范围宽、能承受苛刻的力学环境、免维护等诸多优点，广泛应用于各种导弹、火炮等武器系统中。随着武器系统的更新换代，发展趋于小型化和微型化，这对作为主要供电设备的热电池提出了更高的要求，即要求热电池具有高比能量、高比功率的能力。
[0003]目前锂系热电池使用的正极材料主要是硫化物，例如FeS2和CoS2，但FeS2的常温电导率为27.7S
·
cm
‑1，CoS2的常温电导率为500S
·
cm
‑1；显然，上述硫化物的导电性较差，限制了热电池的应用。同时，硫化物正极电极电位低，内阻大，在匹配锂合金的情况下，单体电压仅为1.9～2.1V，不能满足高比功率热电池的应用需求。因此开发高导电性正极材料是热电池持续发展的关键之一。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于MXene与氟化亚铁的纳米复合材料及其制备方法和应用。本专利技术提供的基于MXene与氟化亚铁的纳米复合材料作为热电池正极材料导电性高。
[0005]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：
[0006]本专利技术提供了一种基于MXene与氟化亚铁的纳米复合材料，包括MXene多层纳米片，和与所述MXene多层纳米片紧密结合的FeF2颗粒；所述MXene多层纳米片的化学组成为Ti3C2T
x
。
[0007]优选地，所述FeF2颗粒和MXene多层纳米片的质量比为6：1～1.5：1。
[0008]优选地，所述FeF2颗粒的粒径为100～500nm，所述MXene多层纳米片厚度为100～200nm。
[0009]优选地，所述MXene多层纳米片的纯度为54～68wt％。
[0010]本专利技术还提供了上述技术方案所述的基于MXene与氟化亚铁的纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011]将水溶性三价铁盐溶解于醇溶剂中，得到铁盐溶液；
[0012]将所述铁盐溶液和氢氟酸溶液混合，进行溶剂热反应，得到FeF3·
0.33H2O；
[0013]在惰性气体保护下，所述FeF3·
0.33H2O进行煅烧，得到FeF3‑
FeF2亚微米球；
[0014]将所述FeF3‑
FeF2亚微米球与MXene多层纳米片混合，进行高能球磨，得到所述基于
MXene与氟化亚铁的纳米复合材料。
[0015]优选地，所述溶剂热反应的温度为80～150℃，保温时间为5～15h。
[0016]优选地，所述煅烧包括依次进行一段煅烧和二段煅烧；所述一段煅烧的温度为100～200℃，保温时间为2～4h；所述二段煅烧的温度为200～500℃，保温时间为1～3h。
[0017]优选地，所述FeF3‑
FeF2亚微米球中FeF3与FeF2的摩尔比为(4～8)：(2～5)。
[0018]优选地，所述高能球磨的转速为300～400r/min，球磨时间为2～6h。
[0019]本专利技术还提供了上述技术方案所述的基于MXene与氟化亚铁的纳米复合材料或上述技术方案所述的制备方法制备的基于MXene与氟化亚铁的纳米复合材料在热电池中的应用。
[0020]本专利技术提供了一种基于MXene与氟化亚铁的纳米复合材料，包括MXene多层纳米片，和与所述MXene多层纳米片紧密结合的FeF2颗粒；所述MXene多层纳米片的化学组成为Ti3C2T
x
。
[0021]本专利技术在FeF2正极材料中引入具有类金属优异导电性的MXene，二维层状结构的MXene本身具有高导电性，与FeF2材料复合，使得MXene可以为FeF2提供连续导电网络，以解决其导电性差的问题。同时，引入具有二维层状结构的MXene，在其表面附着颗粒尺寸较小的氟化亚铁，可为复合正极材料提供更大的化学反应活性比表面积与更丰富的化学反应活性位点，赋予其更高的电化学反应活性。
[0022]本专利技术还提供了上述技术方案所述的基于MXene与氟化亚铁的纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：将水溶性三价铁盐溶解于醇溶剂中，得到铁盐溶液；将所述铁盐溶液和氢氟酸溶液混合，进行溶剂热反应，得到FeF3·
0.33H2O；在惰性气体保护下，所述FeF3·
0.33H2O进行煅烧，得到FeF3‑
FeF2亚微米球；将所述FeF3‑
FeF2亚微米球与MXene多层纳米片混合，进行高能球磨，得到所述基于MXene与氟化亚铁的纳米复合材料。
[0023]本专利技术的制备方法利用高能球磨的方法，利用固态氧化还原的原理，将FeF3‑
FeF2亚微米球与MXene多层纳米片共同球磨，MXene将FeF3‑
FeF2完全还原成FeF2的同时，也实现了FeF2微纳米颗粒在MXene多层纳米片上的附着。
附图说明
[0024]图1为实施例1得到的FeF2/MXene纳米复合材料的XRD图；
[0025]图2为实施例1得到的FeF3‑
FeF2亚微米球的XRD图；
[0026]图3为实施例1中MXene(Ti3C2T
x
)多层纳米片(a)、FeF3‑
FeF2亚微米球(b)以及FeF2/MXene纳米复合材料(c，d)的扫描电镜照片；
[0027]图4为实施例1得到的FeF2/MXene纳米复合材料的热重分析图；
[0028]图5为实施例1得到的FeF2/MXene纳米复合材料的电阻率
‑
方阻图；
[0029]图6为实施例2得到的FeF2/MXene纳米复合材料的XRD图；
[0030]图7为实施例2得到的FeF2/MXene纳米复合材料的SEM图；
[0031]图8为实施例3得到的FeF2/MXene纳米复合材料的XRD图；
[0032]图9为实施例4得到的FeF3‑
FeF2亚微米球的XRD图；
[0033]图10为实施例4得到的FeF2/MXene纳米复合材料的XRD图。
具体实施方式
[0034]本专利技术提供了一种基于MXene与氟化亚铁的纳米复合材料，包括MXene多层纳米片，和与所述MXene多层纳米片紧密结合的FeF2颗粒；所述MXene多层纳米片的化学组成为Ti3C2T
x
。
[0035]在本专利技术中，所述FeF2颗粒和MXene多层纳米片的质量比优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于MXene与氟化亚铁的纳米复合材料，其特征在于，包括MXene多层纳米片，和与所述MXene多层纳米片紧密结合的FeF2颗粒；所述MXene多层纳米片的化学组成为Ti3C2T
x
。2.根据权利要求1所述的基于MXene与氟化亚铁的纳米复合材料，其特征在于，所述FeF2颗粒和MXene多层纳米片的质量比为6：1～1.5：1。3.根据权利要求1所述的基于MXene与氟化亚铁的纳米复合材料，其特征在于，所述FeF2颗粒的粒径为100～500nm，所述MXene多层纳米片的厚度为100～200nm。4.根据权利要求1所述的基于MXene与氟化亚铁的纳米复合材料，其特征在于，所述MXene多层纳米片的纯度为54～68wt％。5.权利要求1～4任一项所述的基于MXene与氟化亚铁的纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将水溶性三价铁盐溶解于醇溶剂中，得到铁盐溶液；将所述铁盐溶液和氢氟酸溶液混合，进行溶剂热反应，得到FeF3·
0.33H2O；在惰性气体保护下，所述FeF3·
...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡军，渠建英，
申请(专利权)人：陕西龙麟纳纤材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：