[发明专利]基于固态电解质石墨烯/MXene复合纤维柔性电极材料及可编织超级电容器的制备方法

权利要求书

1.一种基于固态电解质石墨烯/MXene复合纤维柔性电极材料，其特征在于包括石墨烯和Ti₃C₂；组份为：石墨烯/MXene掺杂材料中MXene的负载量为10～70wt％；所述Ti₃C₂采用阳离子改性处理，表面Zeta电位为正；所述氧化石墨烯表面含有含氧基团，Zeta电位为负。

2.根据权利要求1所述基于固态电解质石墨烯/MXene复合纤维柔性电极材料，其特征在于：所述氧化石墨烯平均直径为10～50μm，层数为1～5层。

3.根据权利要求1所述基于固态电解质石墨烯/MXene复合纤维柔性电极材料，其特征在于：所述MXene材料的为纳米级薄片，尺寸分布为200nm～20μm。

4.一种权利要求1～3任一项所述基于固态电解质石墨烯/MXene复合纤维柔性电极材料的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、膨胀石墨制备：

将2～8g的浓硫酸与1～4g的浓硝酸混合，再加入0.1～2g的石墨粉和0.1～2g的高锰酸钾，用循环水式多用真空泵将混合物抽滤多次至PH为6～7，随后将抽滤后的产物放入40～80℃真空干燥箱中干燥至粉末；将坩埚放入马弗炉中加热至700～1000℃后用坩埚钳取出，将干燥后的粉末迅速加入至坩埚中并盖好盖子，在室温下自然冷却后得到膨胀石墨；

所述浓硫酸的质量分数为98％；

步骤2、采用改性Hummers法制备氧化石墨烯：

(1)低温氧化：就质量比为0.1～1︰10～60的浓硫酸和硝酸钠混合，在0～8℃下搅拌，并将膨胀石墨加入，再加入2～10g的高锰酸钾，剧烈搅拌0.1～2h；

(2)中温氧化：将磁力搅拌器温度升至30～50℃中搅拌0.1～1.5h，在反应过程中滴加50～150ml的蒸馏水；

(3)高温氧化：将磁力搅拌器温度升至70～100℃，在升温的过程后，加入100～300mL的去离子水和1～8ml机械搅拌，当溶液的颜色由棕色变为亮黄色时，得氧化石墨烯溶液；

采用去离子水和盐酸洗涤至溶液PH为6～7，将洗涤后的产物用透析袋进行，得到高纯度氧化石墨烯溶液；

所述过氧化氢溶液的浓度为30％；

所述透析纯化处理1～2周；

步骤3、采用蚀刻法制备MXene Ti₃C₂材料：

(1)向2～10ml的9M HCl中添加0.1～2g的LiF，在连续搅拌后得蚀刻剂；

(2)将0.1～2g的MAX相陶瓷粉末Ti₃AlC₂中添加到蚀刻剂中，在室温下反应6～24h得酸性混合物；

(3)将酸性混合物在加入去离子水后洗涤，低速离心洗涤多次，每次洗涤后倒去上清液，直至PH达到5以上，得到深绿色的上清液，为MXene材料；

步骤4、MXene材料的表面改性：

(1)将十六烷基三甲基溴化铵CTAB溶液0.01～1ml加入Ti₃C₂溶液，用细胞粉碎机超声0.5～2h，静置6～24h；

(2)将所得溶液再次低速离心洗涤，重复多次，降低CTAB的浓度，得到阳离子改性处理后的Ti₃C₂溶液：

所述十六烷基三甲基溴化铵CTAB溶液得浓度10mg～100mg；

步骤5、氧化石墨烯/MXene复合纤维的制备：将步骤2与步骤4所制得的溶液按照1～10︰1～10的质量分数混合，并在离心速率为9000～11000rpm条件下，进行离心浓缩和液晶自组装，得到短程有序的湿法纺丝溶液；

采用微量注射泵对纺丝溶液进行湿法纺丝，在然后在凝固浴中对得到的纺丝纤维进行固化，得到氧化石墨烯/MXene复合纤维；

步骤6、制备石墨烯/MXene复合纤维柔性电极材料：将步骤5中的氧化石墨烯/MXene复合纤维洗涤、干燥，在中温环境下放入氢碘酸/冰醋酸溶液中进行还原，经过还原，制备出石墨烯/MXene复合纤维。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤5中，纺丝液浓度为5～15mg/ml。