[发明专利]MXene三维组装体、其制备方法及应用

说明书

一种MXene三维组装体、其制备方法及应用。该MXene三维组装体的制备方法包括：将模板剂分散液加入MXene分散液中，搅拌混合，然后经过滤、干燥，致密成型处理，除去模板剂后，得到MXene三维组装体。本发明利用模板颗粒对MXene片层的静电作用力和空间阻隔作用，调控MXene片层的组装方式，抑制MXene纳米片的“面对面”组装，引导其“面对边”和“边对边”组装，从而构建了MXene三维多孔网络，有效提升MXene的比表面积、活性位点利用率，改善用作电化学储能材料时电极的离子传输速率，赋予其更大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及储能材料制备领域，尤其涉及一种MXene三维组装体、其制备方法及应用。

背景技术

MXene(化学通式M_n+1X_n，其中n＝1、2、3，M为过渡金属元素钛、钽或铬等，X为碳或氮元素)，作为一种二维过渡纳米薄片的新型晶体化合物，因具有较大的理论比表面积、较高的电导率、良好的电解液润湿性及较好的机械强度等优异特性，在储能领域具有广阔的应用前景。例如，可作为电极材料应用于超级电容器中，提供超高的赝电容；作为负极材料应用于碱金属离子电池(如锂离子电池、钠离子电池等)中，表现出良好的倍率性能和循环稳定性；也可以作为活性物质的有效载体应用于锂硫电池和锂空气电池中，形成导电网络，提供优越的化学活性位点。

但二维MXene片层易堆叠团聚，极大地降低了其有效比表面积与活性位点。在电化学储能应用中，作为电极活性物质不利于电化学性能的发挥，同时二维层状材料中离子传输路径长，且片层间距的不足进一步阻碍离子传输速度，影响了整个电极的动力学过程。尽管研究者们在增大片层间距方面做了大量研究，但仍难以满足储能器件提出的高质量能量密度和高体积能量密度的要求，因此，针对二维MXene层状材料，如何构建快速离子传输通道，充分发挥二维MXene材料的优势，仍是当前面临的巨大挑战。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种MXene三维组装体、其制备方法及应用，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种MXene三维组装体的制备方法，包括以下步骤：

一、将模板剂分散液加入MXene分散液中，混合，得到混合分散液A；

二、将得到的混合分散液A进行过滤、干燥，得到复合材料B；

三、将得到的复合材料B进行致密成型处理，得到复合材料C；

四、将得到的复合材料C中的模板剂除去，得到MXene三维组装体。

作为本发明的另一个方面，还提供了一种所述方法制得的MXene三维组装体，所述MXene三维组装体具有孔隙结构，比表面积为50～300m²/g，孔容为0.02～0.5cm³/g，块体密度为0.5～3g/cm³。

作为本发明的又一个方面，还提供了一种所述的MXene三维组装体在储能领域中的应用。

作为本发明的再一个方面，还提供了一种超级电容器，所述超级电容器的电极材料采用所述的MXene三维组装体。

作为本发明的一个方面，还提供了一种电池，所述电池中包含有所述的MXene三维组装体。

基于上述技术方案可知，本发明的MXene三维组装体、其制备方法及应用相对于现有技术至少具有以下优势之一：