一种多孔MXene材料及其制备方法和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115676831A(43)申请公布日2023.02.03(21)申请号202211292711.1H01M4/583(2010.01)(22)申请日2022.10.21(71)申请人南京航空航天大学地址211100江苏省南京市江宁区将军路29号(72)发明人丁兵许冲夏玉玲毛志浩张校刚(74)专利代理机构北京高沃律师事务所11569专利代理师赵琪(51)Int.Cl.C01B32/921(2017.01)C01B32/914(2017.01)C01B32/949(2017.01)C01B32/90(2017.01)H01M4/58(2010.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种多孔MXene材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明提供了一种多孔MXene材料及其制备方法和应用，属于MXene材料技术领域。本发明提供了一种多孔MXene材料的制备方法，包括以下步骤：将MXene分散液进行喷雾裂解，得到所述多孔MXene材料。本发明针对现有技术中存在的MXene是多层堆叠结构、层间间距较小、作为锂离子电池的负极材料时，严重阻碍金属离子的快速可逆嵌入/脱出的问题，通过喷雾裂解的方式，即将MXene分散液经雾化器雾化，由载气带入高温管式炉中加热，制得多孔褶皱的多孔MXene材料，导电性更好，层间间距较大，比表面积增大，锂离子传输更为方便，得到了高离子、电子电导率和电化学性能优异的多孔MXene材料。CN115676831ACN115676831A权利要求书1/1页1.一种多孔MXene材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将MXene分散液进行喷雾裂解，得到所述多孔MXene材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述喷雾裂解的温度为400～1000℃，载气为氮气，所述载气的流速为200～400sccm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述MXene分散液中还包括层间间隔剂，所述层间间隔剂包括金属氧化物、金属氮化物、葡萄糖和氧化石墨烯中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述MXene分散液中MXene纳米片与层间间隔剂的质量比为(0.5～2.5)：1。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述MXene分散液中MXene纳米片与层间间隔剂的质量比为(1～2)：1。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，当所述层间间隔剂为葡萄糖和/或氧化石墨烯时，所述喷雾裂解的温度为400～600℃，载气为氮气，所述载气的流速为200～400sccm。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述MXene分散液中的MXene包括Ti3C2Tx、Ti2CTx、V2CTx、Mo2CTx、Nb2CTx、Nb4C3Tx、Cr2CTx、Mo2TiC2Tx和Mo2Ti2C3Tx中的一种或多种，其中Tx包括‑F、‑Cl、‑OH和‑O中的一种或多种。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述MXene分散液中MXene的质量浓度为2～5mg·mL‑1。9.权利要求1～8任一项所述制备方法制得的多孔MXene材料。10.权利要求9所述的多孔MXene材料作为锂离子电池负极材料的应用。2CN115676831A说明书1/4页一种多孔MXene材料及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明涉及MXene材料技术领域，尤其涉及一种多孔MXene材料及其制备方法和应用。背景技术[0002]层状材料具有不同寻常的物理性能和优异的电学性能。最重要的是，暴露出的超高表面积使其应用十分广泛。在层状材料中，具有二维或类二维形貌的碳材料由于其大比表面积、优良的导电性、化学惰性和低成本等内在优势，在催化、水/气体净化或能量转换/存储等领域中受到广泛应用。[0003]然而，二维结构碳材料面临着严重团聚的问题，尤其在电化学储能领域中将其制备成电极后，会限制离子可及性、扩散和质量输运。为了解决上述问题，许多研究人员致力于通过设计结构(如三维的多孔膜、支架和网络)来重构二维碳材料，以增加离子可接触表面积，提高离子传输效率。常用的方法包括制备褶皱纳米片或在纳米片中加入小尺寸的纳米颗粒，使得在这些纳米颗粒在堆积在一起时可以产生层间空间。[0004]MXene是一种由过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物构成的二维无机化合物，其具有多层结构和优异的电子电导率。然而，由于MXene表面暴露金属原子的比例高，通常呈现出热力学亚稳态，具有较高的表面能。在一定温度下，即使在制备过程中通入保护气体(氮气、氩气)，保护气体中的微量氧依然会和MXene表面存在的含氧基团发生反应，自发转化为更稳定的金属氧化物，而这种表面氧化会导致电导率的降低和反应界面的钝化