[发明专利]一种二维晶体MXene纳米材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种二维晶体MXene纳米材料的制备方法及其应用，涉及新型能源存储技术领域，包括以下步骤：将三元层状陶瓷MAX相材料粉碎、过筛，得MAX相陶瓷粉末；将MAX相陶瓷粉末浸没在由氟盐与无机酸组成的混合液中，搅拌反应，离心，洗涤、干燥，得二维晶体MXene纳米材料。本发明工艺方法简单、成本低，无需特殊工艺设备，方便高效，安全性好，将该MXene纳米材料作为锂电池的电极材料可以改善材料的循环结构稳定性，提高其比容量和循环寿命，是一种优异的锂电池电极材料。

技术领域

本发明涉及新型能源存储技术领域，尤其涉及一种二维晶体MXene纳米材料的制备方法及其应用。

背景技术

锂离子电池(LIBs)是非常重要的清洁能源存储容器，而且，在现代电化学中已经得到了广泛的发展。然而，为了满足拥有快速充放电速率、高的存储能量和高容量密度的锂电池，仍然是一个巨大的挑战。因此，寻找新能源材料的脚步从未停止。

MXene是一种具有类石墨烯结构的新型二维层状过渡金属碳化物或碳氮化物纳米材料，一般通过化学液相法刻蚀掉前驱体MAX相中的A元素得到。由于其种类的多样性以及优异的物化特性，近年来引起了广泛的研究，使其在能源存储与转换领域展现出诸多的应用潜力。迄今为止，MXene家族包括Ti₃C₂、Ti₂C、Mo₂C、(Ti_0.5Nb_0.5)₂C、Ti₃CN、Sc₂C、Ta₄C₃、Nb₂C、V₂C和Nb₄C₃等，被广泛地应用于超级电容器、锂离子电池、钠离子电池、传感器等诸多技术领域。然而其潜在的层间储能空间并没有被完全利用，如果MXene材料的层间储能空间进一步被开发利用，其作为锂电池电极材料的容量也会有望进一步得到提升。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种二维晶体MXene纳米材料的制备方法及其应用，该制备工艺方法简单、成本低，安全性好，将制得的MXene纳米材料作为锂电池的电极材料可以改善材料的循环结构稳定性，提高其比容量和循环寿命。

本发明提出的一种二维晶体MXene纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将三元层状陶瓷MAX相材料粉碎、过筛，得MAX相陶瓷粉末；

S2、将MAX相陶瓷粉末浸没在由氟盐与无机酸组成的混合液中，搅拌反应，离心，洗涤、干燥，得二维晶体MXene纳米材料。

优选地，S1中，三元层状陶瓷MAX相材料按照如下方法制备：取TiH₂粉或V粉与Al份、石墨粉进行配料、混合，在无压管式炉中于1400～1500℃下煅烧，即得。

优选地，S1中，三元层状陶瓷MAX相材料为Ti₃AlC₂、Ti₂AlC、V₂AlC中的任意一种。

优选地，S2中，MAX相陶瓷粉末与混合液的质量体积比g/mL为1：17～23。

优选地，S2中，混合液中的氟盐为氟化铵、氟化钠、氟化钾、氟化锂中的任意一种。

优选地，S2中，混合液中的无机酸为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸中的任意一种。

优选地，S2中，在25～90℃下搅拌反应24～72h。

优选地，S2中，混合液中氟离子的摩尔浓度为5.5～6.5mol/L。

本发明还提出了一种采用上述方法制备的二维晶体MXene纳米材料。