[发明专利]片层状MXene材料及其制备方法和储能材料在审
申请号: | 201810228897.1 | 申请日: | 2018-03-20 |
公开(公告)号: | CN110304632A | 公开(公告)日: | 2019-10-08 |
发明(设计)人: | 刘会军;杨凌旭;曾潮流 | 申请(专利权)人: | 中国科学院金属研究所 |
主分类号: | C01B32/921 | 分类号: | C01B32/921;C01B32/907;C01B32/914;C04B35/56;C04B35/626;C04B35/622;H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;B82Y40/00;B82Y30/00 |
代理公司: | 沈阳科苑专利商标代理有限公司 21002 | 代理人: | 于晓波 |
地址: | 110016 辽*** | 国省代码: | 辽宁;21 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 导电陶瓷材料 原料混合物 熔盐 制备 过渡金属元素 产物混合物 化学计量比 材料合成 储能材料 电池材料 原子序数 直接形成 制备工艺 后冷却 去除 熔融 腐蚀 节能 环保 | ||
1.一种片层状的MXene材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:
根据多元导电陶瓷材料的化学计量比,直接将第一原料粉末与第二原料混合形成原料混合物,其中,所述第一原料为碳材料,所述多元导电陶瓷材料的结构式为(M1-xYx)n+1ACn,其中,n=1、2或3,x在不小于0且不大于1的范围内,M和Y分别为过渡金属元素,A为原子序数为13以上的IIIA或IVA元素,C为碳元素;
在惰性气氛下,将所述原料混合物在熔融熔盐中反应,待反应结束后冷却,获得含有反应产物与固态熔盐的混合物;
去除所述产物混合物中的熔盐,得到具有层状结构的多元导电陶瓷材料;
对所述多元导电陶瓷材料中的A原子进行腐蚀,以得到片层状的MXene材料。
2.根据权利要求1所述的片层状的MXene材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法通过控制所述碳材料的尺寸和形貌来获得具有期望尺寸和形貌的多元导电陶瓷材料。
3.根据权利要求1所述的片层状的MXene材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法通过控制所述碳材料的尺寸为毫米尺度、微米尺度或纳米尺度来分别获得具有相应尺寸的多元导电陶瓷材料。
4.根据权利要求1所述的片层状的MXene材料的制备方法,其特征在于,所述第一原料为纳米尺度碳材料、微米尺度碳材料和毫米尺度的碳材料中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的片层状的MXene材料的制备方法,其特征在于,所述第二原料为从由元素M、Y和A的单质或化合物、M与C的化合物、Y与C的化合物、Mm+1ACm、Ym+1ACm或(M1-xYx)m+1ACm组成的组群中选择的一种或多种,其中,m=1、2或3,且m小于或等于n。
6.根据权利要求1所述的片层状的MXene材料的制备方法,其特征在于,所述反应的温度为750℃以上。
7.根据权利要求6所述的片层状的MXene材料的制备方法,其特征在于,所述反应的温度为800℃~1000℃。
8.根据权利要求1所述的片层状的MXene材料的制备方法,其特征在于,所述原料混合物的重量为熔融态熔盐重量的2.5~60%。
9.根据权利要求1所述的片层状的MXene材料的制备方法,其特征在于,所述对A原子进行腐蚀的步骤通过强酸刻蚀或电化学刻蚀的方式实现。
10.一种片层状的MXene材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:
根据多元导电陶瓷材料的化学计量比,直接将第一原料粉末与第二原料混合形成原料混合物,其中,所述第一原料为碳材料,所述多元导电陶瓷材料的结构式为(M1-xYx)n+1ACn,其中,n=1、2或3,x在不小于0且不大于1的范围内,M和Y分别为过渡金属元素,A为原子序数为13以上的IIIA或IVA元素,C为碳元素;
在惰性气氛下,将所述原料混合物在熔融熔盐中反应,以生成具有层状结构的多元导电陶瓷材料,待所述反应结束后,向所述熔融熔盐中加入预定量的氟化物,以对所述多元导电陶瓷材料中的A原子进行腐蚀,随后冷却,获得固态熔盐与含有片层状的MXene材料的产物混合物;
去除所述产物混合物中的熔盐和杂质,得到片层状的MXene材料。
11.根据权利要求10所述的片层状的MXene材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法通过控制所述碳材料的尺寸和形貌来获得具有期望尺寸和形貌的多元导电陶瓷材料。
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