二維層狀氮摻雜Ti₃C₂“紙”納米復(fù)合材料及其制備方法及用該材料制備復(fù)合電極的方法
【專利摘要】二維層狀氮摻雜Ti3C2“紙”納米復(fù)合材料及其制備方法及用該材料制備復(fù)合電極的方法。以Ti3C2納米材料為基體，通過尿素化學(xué)剝離和熱處理氮摻雜制備二維層狀氮摻雜Ti3C2“紙”納米復(fù)合電極材料，并將其應(yīng)用在電化學(xué)電容器方面。相比所報(bào)道其他制備方法，這種方法能夠方便、快捷、環(huán)保、安全的控制層片的分層剝離和氮元素的摻雜。采用尿素剝離Ti3C2，即能減小Ti3C2納米片的層數(shù)，也能擴(kuò)大層間距，從而提高了其比表面積；進(jìn)一步氮摻雜分層Ti3C2納米片，不僅改善了材料的電導(dǎo)率，而且提高了其贗電容活性位的利用率，最終增強(qiáng)了Ti3C2復(fù)合電極的比容量、倍率性能等電化學(xué)性能。
【專利說明】
二維層狀氮摻雜T i 3C2 “紙”納米復(fù)合材料及其制備方法及用該材料制備復(fù)合電極的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于納米功能材料及電化學(xué)儲(chǔ)能器件領(lǐng)域，特別涉及一種二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料及其制備方法及用該材料制備復(fù)合電極的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二維層狀過渡金屬碳化物Ti3C2納米材料是利用三元層狀Ti3AlC2化合物層間作用力的差異，通過腐蝕方法將Al層剝離而得。這類納米材料擁有與石墨烯(Graphene)類似的二維結(jié)構(gòu)，將其稱為MXene JXene擁有獨(dú)特的類石墨烯結(jié)構(gòu)，較大的比表面積，良好的導(dǎo)電性，親水性等特性，使吸附、光催化、鋰離子電池、太陽能電池、生物傳感器等方面得到了廣泛的應(yīng)用。作為一種新型的儲(chǔ)能材料，在超級(jí)電容器上，對(duì)于MXenes的研究近年來也很多。Yury Gogotsi等人發(fā)現(xiàn)，作為超級(jí)電容器的電極材料，Ti3C2材料表現(xiàn)出了超高的體積比容量。在電化學(xué)過程中，電解液中的多種陽離子均能通過插層作用進(jìn)入到二維Ti3C2層間。這一點(diǎn)，通過在不同充放電狀態(tài)下的XRD圖譜，可以清晰的反映出電極材料層間距的變化，進(jìn)而說明陽離子的嵌入/脫出。盡管在體積比容量上可以達(dá)到350F/cm3，但質(zhì)量比容量還較低，只有100F/g左右。然而Ti3C2納米材料自身導(dǎo)電性和比容量偏低，導(dǎo)致其電化學(xué)性能欠佳，MXene基電化學(xué)電容器的應(yīng)用也有待進(jìn)一步探究。
[0003]研究發(fā)現(xiàn)N2H4.H2O等有機(jī)小分子可以插層Ti3C2Tx、TiNbCTx、Ti3CNTx，增大MXene層間距。其中，二甲基亞砜(DMSO)插層Ti3C2Tx后，經(jīng)超聲波處理，可完全分層得到像“紙”一樣形貌的納米Ti3C2Tx
[0004]薄片(<5層Ti3C2Tx),而插層之前Ti3C2Tx的厚度大約有10層左右。浸泡在常見的酸堿鹽溶液中，Li +、Na+、Mg2+、K+、NH4+和Al3+等陽離子可自發(fā)進(jìn)入Ti3C2Tx層間，引起c軸方向不同程度的膨脹，電化學(xué)性能得到大幅提高。插層和分層是改性粘土的重要方法之一，從結(jié)構(gòu)和性能上看，MXenes是一類“導(dǎo)電親水粘土”，因此，制備有機(jī)插層MXene復(fù)合物和“MXene紙”是未來研究的重點(diǎn)。
[0005]氮摻雜的方式更多，如在前驅(qū)體中加入三聚氰胺、聚苯胺，或采用氨化、等離子體等方法處理材料，均可實(shí)現(xiàn)氮摻雜。氮摻雜的種類分為骨架氮，即季氮(N-Q)、吡啶氮(N-6)、P比略氮(N-5)、氧化氮(N-X) oMentus et al.直接炭化改性過的聚苯胺，得到富含氮的納米炭材料，5mV/s時(shí)其最高比電容為410F/g Jkachev et al.則系統(tǒng)地考察了不同摻氮量對(duì)炭納米纖維的結(jié)構(gòu)及電導(dǎo)率的影響，認(rèn)為氮的引入導(dǎo)致石墨晶格扭曲，從而產(chǎn)生缺陷。當(dāng)摻雜
3.1wt.%的氮時(shí)，由于π電子的離域的緣故，導(dǎo)致材料的電導(dǎo)率最高。Kang和Choi et al.用等離子體法在石墨稀中摻氮，通過掃描光電子顯微鏡觀測(cè)氮的構(gòu)型和邊緣氮和平面氮的分配比例，認(rèn)為平面氮構(gòu)型才是取得高比電容的原因。該氮摻雜的石墨稀表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能，如循環(huán)壽命高達(dá)20萬次，單電極比電容為SSOF/gc^Zhang et al.通過在溶膠凝膠過程中添加三聚氰胺，得到富氮中孔炭，不但具有高的孔容(2.49cm3/g)，較高的比表面積(777m2/g)，在0.2A/g下，材料的比電容為245F/g。利用這些摻雜的含氮官能團(tuán)，可以進(jìn)一步均勻的負(fù)載金屬氧化物顆粒，提高贗電容活性位的利用率。值得注意的是，在有機(jī)電解液、堿性電解液和中性電解液中，因?yàn)闆]有氮參與贗電容反應(yīng)，導(dǎo)致材料的比電容比在酸性電解液中要低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種二維層狀氮摻雜Ti3C2“紙”納米復(fù)合材料及其制備方法及用該材料制備復(fù)合電極的方法，以Ti3C2納米材料為基體，通過尿素化學(xué)剝離和氮摻雜制備二維氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合電極材料，并將其應(yīng)用在電化學(xué)電容器方面，所制備的二維層狀材料將展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。
[0007]本發(fā)明二維層狀氮摻雜Ti3C2“紙”納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0008]步驟一:二維層狀Ti3C2納米材料的制備；
[0009 ] 按照專利201410812056.7的方法合成二維層狀T i 3C2納米材料；
[0010]步驟二:二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料的制備；
[0011]首先，取300-3000mg步驟二的Ti3C2納米粉體加入到1-1OOg的質(zhì)量濃度為50%的尿素水溶液中，于40-70°C攪拌均勻；
[0012]然后，加入超純水稀釋至Ti3C2質(zhì)量的300-1000倍，以頻率為40-100HZ，超聲分散4-8h；
[0013]其次，用超純水和無水乙醇分別離心分離清洗，每次以4000-9000rpm離心2-4min，得到分離固體，在60-120°C真空干燥，得到二維層狀Ti3C2 “紙”納米材料；
[0014]再次，將Ti3C2“紙”與尿素固體按照2:1-1: 5的質(zhì)量比混合，研磨5-20min，分散均勻，并以l-4°C/min的升溫速率自室溫升溫至400-900°C保溫l_3h進(jìn)行熱處理，隨爐冷卻至室溫，產(chǎn)物即為二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料。
[0015]二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料為氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合電極材料由含氮“紙”狀的二維層狀Ti3C2納米片組成，氮元素含量為8-20at.%，且層片厚度為10-50nm。
[0016]二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料制備復(fù)合電極的方法，包括以下步驟:
[0017]首先，稱取1-1Omg的PVDF粉末并分散在0.2-2mL的N-甲基吡咯烷酮溶劑中，磁力攪拌至透明粘稠狀得混合物；
[0018]然后，取1-1Omg的導(dǎo)電炭黑加入到上述混合物中攪拌形成均勻的漿料，再取8-80mg的二維層狀氮摻雜Ti3C2“紙”納米復(fù)合材料加入楽料中，攪拌形成略帶粘稠的楽料；
[0019]其次，用刮刀將漿料涂在鈦箔上，室溫干燥后，剪取l*l-3*3cm2的電極片，并放入真空烘箱中于60-120 0C下烘干，即為氮摻雜Ti3C2 “紙”基復(fù)合電極。
[0020]將氮摻雜Ti3C2“紙”基復(fù)合電極作為工作電極，鉑片電極(面積與工作電極相同)為輔助電極，銀氯化銀為參比電極，在6mol/L的KOH電解液下，組裝電化學(xué)電容器三電極系統(tǒng)。
[0021]本發(fā)明的有益效果:
[0022]本發(fā)明以Ti3C2納米材料為基體，通過尿素化學(xué)剝離和熱處理氮摻雜制備二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合電極材料，并將其應(yīng)用在電化學(xué)電容器方面。相比所報(bào)道其他制備方法，這種方法能夠方便、快捷、環(huán)保、安全的控制層片的分層剝離和氮元素的摻雜。采用尿素剝離Ti3C2，即能減小Ti3C2納米片的層數(shù)，也能擴(kuò)大層間距，從而提高了其比表面積;進(jìn)一步氮摻雜分層Ti3C2納米片，不僅改善了材料的電導(dǎo)率，而且提高了其贗電容活性位的利用率，最終增強(qiáng)了Ti3C2復(fù)合電極的比容量、倍率性能等電化學(xué)性能。在超級(jí)電容器等電極材料儲(chǔ)能領(lǐng)域，二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合電極材料將擁有更高的電化學(xué)性能。并且為其進(jìn)一步在鋰離子電池等其它電子器件上的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。此外，這種化學(xué)剝離和熱處理方法由于其設(shè)備要求低、操作簡(jiǎn)便、成本低廉等優(yōu)勢(shì)，有利于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0023]圖1為實(shí)施例1制備二維層狀氮摻雜Ti3C2“紙”納米復(fù)合材料的SEM。
[0024]圖2為實(shí)施例1制備二維層狀氮摻雜Ti3C2“紙”納米復(fù)合材料的XRD。
[0025]圖3為實(shí)施例1制備二維層狀氮摻雜Ti3C2“紙”納米復(fù)合材料的SEM和EDS圖。
[0026]圖4為實(shí)施例1制備的氮摻雜Ti3C2“紙”納米復(fù)合電極在三電極系統(tǒng)下不同掃描速率的循環(huán)伏安曲線。
[0027]圖5為實(shí)施例1制備的氮摻雜Ti3C2“紙”納米復(fù)合電極在不同掃描速率下MnO2-Ti3C2基復(fù)合電極和Ti3C2S復(fù)合電極的比容量。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0029]實(shí)施例1:
[0030]二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料的制備包括:
[0031 ]步驟一:二維層狀Ti3C2納米材料的制備；
[0032]按照專利201410812056.7的方法合成二維層狀Ti3C2納米材料；
[0033]步驟二:二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料的制備；
[0034]首先，取300mg步驟二的!！心納米粉體加入到1g的質(zhì)量濃度為50%的尿素水溶液中，于60 0C攪拌均勾；
[0035]然后，加入超純水稀釋至Ti3C2質(zhì)量的500倍，以頻率為60Hz，超聲分散6h;
[0036]其次，用超純水和無水乙醇分別離心分離清洗，每次以5000rpm離心4min，得到分離固體，在80°C真空干燥，得到二維層狀Ti3C2 “紙”納米材料；
[0037]再次，將Ti3C2“紙”與尿素固體按照1:1的質(zhì)量比混合，研磨lOmin，分散均勻，并以2°C/min的升溫速率自室溫升溫至500°C保溫3h進(jìn)行熱處理，隨爐冷卻至室溫，產(chǎn)物即為二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料。
[0038]所制備的氮摻雜Ti3C2“紙”納米復(fù)合電極材料由含氮“紙”狀的二維層狀Ti3C2納米片組成，氮元素含量為8-20at.%，且層片厚度為10_50nm。
[0039]圖1-3為所得氮摻雜Ti3C2“紙”納米復(fù)合材料的SEM、XRD和EDS圖，可以看出Ti3C2納米片層片變薄，層數(shù)減小，擴(kuò)大了層間距，提高了層狀材料的比表面積;而且氮摻雜不僅改善了材料的電導(dǎo)率，而且提高了其贗電容活性位的利用率，增強(qiáng)了 Ti3C2復(fù)合電極的比容量、倍率性能等電化學(xué)性能，使氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料的電化學(xué)性能更優(yōu)于純的Ti3C2。
[0040 ] 二維層狀氮摻雜T i 3C2 “紙”納米復(fù)合材料制備復(fù)合電極的方法，包括以下步驟:[0041 ]首先，稱取2mg的PVDF粉末并分散在0.4mL的N-甲基吡咯烷酮溶劑中，磁力攪拌至透明粘稠狀得混合物；
[0042 ]然后，取2mg的導(dǎo)電炭黑加入到上述混合物中攪拌形成均勾的楽料，再取16mg的二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料加入漿料中，攪拌形成略帶粘稠的漿料；
[0043]其次，用刮刀將漿料涂在鈦箔上，室溫干燥后，剪取I*I cm2的電極片，并放入真空烘箱中于80 0C下烘干，即為氮摻雜Ti3C2 “紙”基復(fù)合電極。
[0044]將氮摻雜Ti3C2“紙”基復(fù)合電極作為工作電極，鉑片電極(l*lcm2)為輔助電極，銀氯化銀為參比電極，在6mol/L的KOH電解液下，組裝電化學(xué)電容器三電極系統(tǒng)，使用上海辰華CHI660E電化學(xué)工作站測(cè)試氮摻雜Ti3C2 “紙”基復(fù)合電極的電化學(xué)性能，如線性循環(huán)伏安曲線、恒電流充放電、交流阻抗。圖4和圖5為氮摻雜Ti3C2 “紙”基復(fù)合電極在不同掃描速率下的CV曲線及質(zhì)量比容量值，可以看出氮摻雜Ti3C2 “紙”基復(fù)合電極擁有良好的比容量和倍率性能，將有望應(yīng)用在電化學(xué)電容器電極上。
[0045]實(shí)施例2:
[0046]二維層狀氮摻雜Ti3C2"紙”納米復(fù)合材料的制備包括:
[0047]步驟一:二維層狀Ti3C2納米材料的制備；
[0048]按照專利201410812056.7的方法合成二維層狀Ti3C2納米材料；
[0049]步驟二:二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料的制備；
[0050]首先，取100mg步驟二的Ti3C2納米粉體加入到30g的質(zhì)量濃度為50%的尿素水溶液中，于50 °C攪拌均勾；
[0051 ]然后，加入超純水稀釋至Ti3C2質(zhì)量的300倍，以頻率為40Hz，超聲分散4h;
[0052]其次，用超純水和無水乙醇分別離心分離清洗，每次以7000rpm離心3min，得到分離固體，在60°C真空干燥，得到二維層狀Ti3C2 “紙”納米材料；
[0053]再次，將Ti3C2“紙”與尿素固體按照2:1的質(zhì)量比混合，研磨15min，分散均勻，并以I°C/min的升溫速率自室溫升溫至800°C保溫2h進(jìn)行熱處理，隨爐冷卻至室溫，產(chǎn)物即為二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料。
[0054]所制備的氮摻雜Ti3C2“紙”納米復(fù)合電極材料由含氮“紙”狀的二維層狀Ti3C2納米片組成，氮元素含量為8-20at.%，且層片厚度為10_50nm。
[0055 ] 二維層狀氮摻雜T i 3C2 “紙”納米復(fù)合材料制備復(fù)合電極的方法，包括以下步驟:
[0056]首先，稱取Img的PVDF粉末并分散在0.2mL的N-甲基吡咯烷酮溶劑中，磁力攪拌至透明粘稠狀得混合物；
[0057 ]然后，取5mg的導(dǎo)電炭黑加入到上述混合物中攪拌形成均勾的楽料，再取40mg的二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料加入漿料中，攪拌形成略帶粘稠的漿料；
[0058]其次，用刮刀將漿料涂在鈦箔上，室溫干燥后，剪取1*1cm2的電極片，并放入真空烘箱中于60 0C下烘干，即為氮摻雜Ti3C2 “紙”基復(fù)合電極。
[0059]再次，將氮摻雜Ti3C2“紙”基復(fù)合電極作為工作電極，鉑片電極(l*lcm2)為輔助電極，銀氯化銀為參比電極，在6mol/L的KOH電解液下，組裝電化學(xué)電容器三電極系統(tǒng)，使用上海辰華CHI660E電化學(xué)工作站測(cè)試氮摻雜Ti3C2 “紙”基復(fù)合電極的電化學(xué)性能，如線性循環(huán)伏安曲線、恒電流充放電、交流阻抗。
[0060]實(shí)施例3:
[0061 ] 二維層狀氮摻雜Ti3C2"紙”納米復(fù)合材料的制備包括:
[0062]步驟一:二維層狀Ti3C2納米材料的制備；
[0063 ] 按照專利201410812056.7的方法合成二維層狀T i 3C2納米材料；
[0064]步驟二:二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料的制備；
[0065]首先，取1800mg步驟二的Ti3C2納米粉體加入到50g的質(zhì)量濃度為50%的尿素水溶液中，于70°C攪拌均勻；
[0066]然后，加入超純水稀釋至Ti3C2質(zhì)量的700倍，以頻率為80Hz，超聲分散5h;
[0067]其次，用超純水和無水乙醇分別離心分離清洗，每次以4000rpm離心4min，得到分離固體，在120°C真空干燥，得到二維層狀Ti3C2 “紙”納米材料；
[0068]再次，將Ti3C2“紙”與尿素固體按照1:3的質(zhì)量比混合，研磨8min，分散均勻，并以4°C/min的升溫速率自室溫升溫至400°C保溫Ih進(jìn)行熱處理，隨爐冷卻至室溫，產(chǎn)物即為二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料。
[0069]所制備的氮摻雜Ti3C2“紙”納米復(fù)合電極材料由含氮“紙”狀的二維層狀Ti3C2納米片組成，氮元素含量為8-20at.%，且層片厚度為10_50nm。
[0070]二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料制備復(fù)合電極的方法，包括以下步驟:
[0071]首先，稱取5mg的PVDF粉末并分散在ImL的N-甲基吡咯烷酮溶劑中，磁力攪拌至透明粘稠狀得混合物；
[0072 ]然后，取I mg的導(dǎo)電炭黑加入到上述混合物中攪拌形成均勾的楽料，再取8mg的二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料加入漿料中，攪拌形成略帶粘稠的漿料；
[0073]其次，用刮刀將漿料涂在鈦箔上，室溫干燥后，剪取l*2cm2的電極片，并放入真空烘箱中于100°C下烘干，即為氮摻雜Ti3C2 “紙”基復(fù)合電極。
[0074]再次，將氮摻雜Ti3C2“紙”基復(fù)合電極作為工作電極，鉑片電極(l*2cm2)為輔助電極，銀氯化銀為參比電極，在6mol/L的KOH電解液下，組裝電化學(xué)電容器三電極系統(tǒng)，使用上海辰華CHI660E電化學(xué)工作站測(cè)試氮摻雜Ti3C2 “紙”基復(fù)合電極的電化學(xué)性能，如線性循環(huán)伏安曲線、恒電流充放電、交流阻抗。
[0075]實(shí)施例4:
[0076]二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料的制備包括:
[0077 ]步驟一:二維層狀Ti 3C2納米材料的制備；
[0078]按照專利201410812056.7的方法合成二維層狀Ti3C2納米材料；
[0079]步驟二:二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料的制備；
[0080]首先，取2400mg步驟二的Ti3C2納米粉體加入到80g的質(zhì)量濃度為50%的尿素水溶液中，于40 0C攪拌均勾；
[0081 ]然后，加入超純水稀釋至Ti3C2質(zhì)量的850倍，以頻率為10Hz，超聲分散8h;
[0082]其次，用超純水和無水乙醇分別離心分離清洗，每次以9000rpm離心2min，得到分離固體，在100°C真空干燥，得到二維層狀Ti3C2 “紙”納米材料；
[0083]再次，將Ti3C2“紙”與尿素固體按照1:5的質(zhì)量比混合，研磨20min，分散均勻，并以4°C/min的升溫速率自室溫升溫至600°C保溫3h進(jìn)行熱處理，隨爐冷卻至室溫，產(chǎn)物即為二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料。
[0084]所制備的氮摻雜Ti3C2“紙”納米復(fù)合電極材料由含氮“紙”狀的二維層狀Ti3C2納米片組成，氮元素含量為8-20at.%，且層片厚度為10_50nm。
[0085 ] 二維層狀氮摻雜T i 3C2 “紙”納米復(fù)合材料制備復(fù)合電極的方法，包括以下步驟:
[0086]首先，稱取8mg的PVDF粉末并分散在1.5mL的N-甲基吡咯烷酮溶劑中，磁力攪拌至透明粘稠狀得混合物；
[0087]然后，取1mg的導(dǎo)電炭黑加入到上述混合物中攪拌形成均勾的楽料，再取80mg的二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料加入漿料中，攪拌形成略帶粘稠的漿料；
[0088]其次，用刮刀將漿料涂在鈦箔上，室溫干燥后，剪取3*3cm2的電極片，并放入真空烘箱中于120°C下烘干，即為氮摻雜Ti3C2 “紙”基復(fù)合電極。
[0089]再次，將氮摻雜Ti3C2“紙”基復(fù)合電極作為工作電極，鉑片電極(3*3cm2)為輔助電極，銀氯化銀為參比電極，在6mol/L的KOH電解液下，組裝電化學(xué)電容器三電極系統(tǒng)，使用上海辰華CHI660E電化學(xué)工作站測(cè)試氮摻雜Ti3C2 “紙”基復(fù)合電極的電化學(xué)性能，如線性循環(huán)伏安曲線、恒電流充放電、交流阻抗。
[0090]實(shí)施例5:
[0091 ] 二維層狀氮摻雜Ti3C2"紙”納米復(fù)合材料的制備包括:
[0092]步驟一:二維層狀Ti3C2納米材料的制備；
[0093 ] 按照專利201410812056.7的方法合成二維層狀T i 3C2納米材料；
[0094]步驟二:二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料的制備；
[0095]首先，取3000mg步驟二的Ti3C2納米粉體加入到10g的質(zhì)量濃度為50%的尿素水溶液中，于50 °C攪拌均勾；
[0096]然后，加入超純水稀釋至Ti3C2質(zhì)量的1000倍，以頻率為50Hz，超聲分散7h；
[0097]其次，用超純水和無水乙醇分別離心分離清洗，每次以8000rpm離心3min，得到分離固體，在90°C真空干燥，得到二維層狀Ti3C2 “紙”納米材料；
[0098]再次，將Ti3C2“紙”與尿素固體按照1:4的質(zhì)量比混合，研磨5min，分散均勻，并以2°C/min的升溫速率自室溫升溫至900°C保溫2h進(jìn)行熱處理，隨爐冷卻至室溫，產(chǎn)物即為二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料。
[0099]所制備的氮摻雜Ti3C2“紙”納米復(fù)合電極材料由含氮“紙”狀的二維層狀Ti3C2納米片組成，氮元素含量為8-20at.%，且層片厚度為10_50nm。
[0100]二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料制備復(fù)合電極的方法，包括以下步驟:[0101 ]首先，稱取1mg的PVDF粉末并分散在2mL的N-甲基吡咯烷酮溶劑中，磁力攪拌至透明粘稠狀得混合物；
[0? O2]然后，取8mg的導(dǎo)電炭黑加入到上述混合物中攪拌形成均勾的楽料，再取65mg的二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料加入漿料中，攪拌形成略帶粘稠的漿料；
[0103]其次，用刮刀將漿料涂在鈦箔上，室溫干燥后，剪取3*3cm2的電極片，并放入真空烘箱中于90 0C下烘干，即為氮摻雜Ti3C2 “紙”基復(fù)合電極。
[0104]將氮摻雜Ti3C2“紙”基復(fù)合電極作為工作電極，鉑片電極(3*3cm2)為輔助電極，銀氯化銀為參比電極，在6mol/L的KOH電解液下，組裝電化學(xué)電容器三電極系統(tǒng)，使用上海辰華CHI660E電化學(xué)工作站測(cè)試氮摻雜Ti3C2 “紙”基復(fù)合電極的電化學(xué)性能，如線性循環(huán)伏安曲線、恒電流充放電、交流阻抗。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:二維層狀Ti3C2納米材料的制備； 按照專利201410812056.7的方法合成二維層狀Ti3C2納米材料； 步驟二: 二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料的制備； 首先，取300-3000mg步驟二的Ti3C2納米粉體加入到1-1OOg的質(zhì)量濃度為50 %的尿素水溶液中，于40-70 0C攪拌均勻； 然后，加入超純水稀釋至Ti3C2質(zhì)量的300-1000倍，以頻率為40-100HZ，超聲分散4_8h ；其次，用超純水和無水乙醇分別離心分離清洗，每次以4000-9000rpm離心2-4min，得到分離固體，在60_12(TC真空干燥，得到二維層狀Ti3C2 “紙”納米材料； 再次，將Ti3C2 “紙”納米粉體與尿素粉體按照2:1-1:5的質(zhì)量比混合，研磨5-20min，研磨均勻，并以l_4°C/min的升溫速率自室溫升至400-900°C保溫l_3h進(jìn)行熱處理，隨爐冷卻至室溫，產(chǎn)物即為二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料。2.二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料，其特征在于:氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合電極材料由含氮“紙”狀的二維層狀Ti3C2納米片組成，氮元素含量為8-20at.%，且層片厚度為10_50nm。3.—種如權(quán)利要求2所述的二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料制備復(fù)合電極的方法，其特征在于，包括以下步驟: 首先，稱取1-1Omg的PVDF粉末并分散在0.2-2mL的N-甲基吡咯烷酮溶劑中，磁力攪拌至透明粘稠狀得混合物； 然后，取1-1Omg的導(dǎo)電炭黑加入到上述混合物中攪拌形成均勻的漿料，再取8-80mg的二維層狀氮摻雜Ti3C2 “紙”納米復(fù)合材料加入漿料中，攪拌形成略帶粘稠的漿料； 其次，用刮刀將漿料涂在鈦箔上，室溫干燥后，剪取l*l-3*3cm2的電極片，并放入真空烘箱中于60-120 0C下烘干，即為氮摻雜Ti3C2 “紙”基復(fù)合電極。
【文檔編號(hào)】H01G11/86GK106098394SQ201610378978
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年5月31日
【發(fā)明人】闕文修, 楊晨輝, 湯袆, 尹行天, 楊亞威, 闕美丹
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)