[发明专利]一种纳米金属氧化物/MXene异质结构复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种纳米金属氧化物/MXene异质结构复合材料及其制备方法。所述纳米金属氧化物/MXene异质结构复合材料为纳米金属氧化物通过范德华力吸附在片层状MXene表面并均匀的分散在上述片层状基体材料中形成的一体化结构复合材料。其中，尺寸为5‑100nm的金属氧化物颗粒占复合材料总质量的10‑90%；纳米金属氧化物为TiO₂、SnO₂、Fe₃O₄、RuO₂、MnO₂中的一种或几种；纳米金属氧化物的形貌为纳米棒状、纳米线状、量子点中的一种或几种。本发明的纳米金属氧化物/MXene异质结构复合材料中纳米金属氧化物在MXene片层上分散均匀，形貌规整，比例可调，显著改善材料电导率，制备方法简单，成本较低，可大规模制备，用于锂离子电池或超级电容器复合材料具有优异的循环性能和倍率性能。

技术领域

本发明涉及一种纳米金属氧化物/MXene异质结构复合材料及其制备方法。

背景技术

金属氧化物材料具有较高的比容量，通常比多孔碳或石墨基材料高2~3倍，是一类非常有前景的二次电池和超级电容器电极材料。然而，采用金属氧化物制备的电极材料通常存在电导率低、充放电过程中体积膨胀大等不足，导致循环稳定性和倍率性能仍不能满足实际应用的需求。将金属氧化物与高导电性的纳米炭材料（石墨烯、碳纳米管等）、多孔炭材料、导电聚合物等进行复合，是改善金属氧化物电化学性能的有效途径。

过渡金属碳化物或氮化物，也称MXene，是2011年被首次发现的新型二维材料，它具有石墨烯的高电导率和氧化石墨烯亲水性的特点，又具备组分灵活可调，最小纳米层厚可控等优势，在二次电池和超级电容器的电极材料的应用方面展现了巨大的潜力。但由于MXene片层比较致密，比表面积不高，其质量比容量偏低。

近年来，人们在MXene和金属氧化物的复合材料方面做了一些努力。MXene具有高电导率，其可以弥补金属氧化物电导率低的不足，同时其独特的二维纳米结构也可以用于缓冲金属氧化物在充放电过程中的体积膨胀，从而有望通过金属氧化物和MXene复合获得性能较好的复合电极材料。但是，目前报道的制备复合材料的方法中，采用简单的混合抽膜或机械混磨等方法的制备效果较差，MXene团聚严重，难以形成均匀分散的复合结构；而采用CVD法、水热法等方法的制备过程复杂，成本较高，还易于造成MXene的氧化变质。因此，如何将MXene和金属氧化物均匀复合以制备高性能的复合电极材料还是一个有挑战性的难题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种纳米金属氧化物/MXene异质结构复合材料，所述复合材料通过范德华自组装作用，使得纳米金属氧化物均匀可控地吸附在MXene片层表面，以使纳米金属氧化物能够利用MXene的片层结构缓冲其在反应过程中的体积膨胀，此外，MXene具有优异的导电性能，可以为复合材料提供二维导电网络，进而改善复合材料整体的电导率。

本发明的目的之二在于提供一种制备上述纳米金属氧化物/MXene异质结构复合材料的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种纳米金属氧化物/MXene异质结构复合材料，其特征在于，所述纳米纳米金属氧化物/MXene异质结构复合材料为纳米金属氧化物通过范德华力均匀吸附在片层状MXene表面形成；

所述纳米金属氧化物尺寸在5-100nm；

所述纳米金属氧化物为TiO₂、SnO₂、Fe₃O₄、RuO₂、MnO₂中的一种或几种；

所述纳米金属氧化物在所述纳米金属氧化物/MXene异质结构复合材料中质量占比为10-90%。