[发明专利]一种血红蛋白状Co3

说明书

一种血红蛋白状Co₃O₄/Ti₃C₂纳米复合材料的制备方法及应用，(一)、称取(NO₃)₂·6H₂O、CO(NH₂)₂和NH₄F加入到超纯水的烧杯中，混合成混合液；(二)、将单片层Ti₃C₂纳米粉体超声分散于超纯水中，超声30min成分散液；(三)、混合液和分散液转入水热反应釜聚四氟乙烯内衬中得到新的混合液；然后，保温、自然冷、离心、干燥得到前驱体；(四)、将前驱体粉末用玛瑙研钵研磨均匀后，加热，在Ar的保护下冷却到常温后取出，即可得血红蛋白状Co₃O₄/Ti₃C₂纳米复合材料，应用到电极制作上；该制备方法增大了Ti₃C₂的比表面积，为电荷传输和离子扩散提供了更多的活性位点，提高了Ti₃C₂的导电率，使得Co₃O₄/Ti₃C₂纳米复合材料电极的电化学性能明显优于纯的Ti₃C₂。

技术领域

本发明属于纳米功能材料及电化学储能材料的制备技术领域，特别涉及一种血红蛋白状Co₃O₄/Ti₃C₂纳米复合材料的制备方法及应用。

背景技术

MXenes是通过选择性蚀刻MAX相，得到的类石墨烯结构的过渡金属碳氮化物或碳化物，如Ti₃C₂、Ti₂C等。新型二维材料MXenes 由于具有独特的层状结构，高导电性、较大的比表面积、高的弯曲强度和弹性模量，以及优异的电学性能，使得其在超级电容器、锂离子电池、钠离子电池等领域应用前景广阔。Rakhi等人将Ti₂C作为对称超级电容器的电极材料，测试结果表明，在电流密度为1A g^-1时，比电容为51F g^-1。Xu等人利用还原氧化石墨烯(rGO)作为粘结剂，制备rGO/Ti₃C₂T_x全固态薄膜超级电容器电极，在聚乙烯醇/氢氧化钾(PVA/KOH)凝胶电解质中进行电化学性能测试，结果表明当功率密度为0.06W cm^-3，能量密度可达63mW h cm^-3。然而，Ti₃C₂理论比容量较低，导致其电化学性能欠佳，限制了MXene基在超级电容器和锂离子电池等储能领域的广泛应用。

Co₃O₄作为一种典型的赝电容材料，因其具有超高的理论比容量，价格低廉，结构稳定和耐刻蚀性，使其广泛应用于锂离子电池、超级电容器、催化剂、电致变色薄膜、磁性材料、气体传感器等诸多领域。 Wang等人通过原位合成法得到石墨烯/四氧化三钴复合材料并对其进行电化学性能测试，测试结果表明，在5mV s^-1的扫描速率下复合材料的比容量高达478F g^-1，比单组分石墨烯的质量比容量有所增大。 Huang等人通过水热法得到石墨烯/四氧化三钴复合材料前驱体，经过 200℃煅烧后制备的电极材料，在恒流充放电法中测得在电流密度为 5A g^-1时，其比容量为443F g^-1。在电流密度为10Ag^-1下对其进行1000 次循环稳定性测试，其比电容仍能保持在90％以上，表明了Co₃O₄可作为高性能储能材料。

搜索文献，发现至今尚未有人利用Co₃O₄来改善Ti₃C₂的电化学性能，且尚未见报道血红蛋白状结构Co₃O₄。