[发明专利]一种Te掺杂MXene材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Te掺杂MXene材料及其制备方法，包括以下步骤：(1)将MXene和Te源按照质量比为1：0.01～1加入分散剂中，配制成浓度为1‑100mg/ml的分散液，然后搅拌1‑5小时；(2)将所述分散液升温至100‑220℃，反应10‑24h，然后冷却至室温；(3)将步骤(2)所得的产物用清洗剂进行清洗，然后离心；(4)将步骤(3)得到的离心产物真空干燥，得到所述Te掺杂MXene材料。与未掺杂MXene材料相比，本发明制备的复合材料通过Te掺杂可增大MXene层间距，产生更多的电化学活性位点，有利于离子扩散，提升电极电导率、储钾能力、循环稳定性。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种Te掺杂MXene材料及其制备方法。

背景技术

MXene材料是一个新的二维金属碳化物和碳氮化物系列，其中M是过渡金属，A是IIIA族或IVA族并且X是C或N。在氢氟酸作用下，A原子被腐蚀除去，从而形成含有羟基，氧和氟的官能团且具有超高比表面积的纳米片状材料。超高的比表面积赋予了该材料更多活性位点以及与电解质的接触面积、降低了反应动力学，而多种化学成分和丰富的官能团赋予MXene优异的亲水表面和良好的导电性能，因而在能量存储领域显示出巨大的应用潜力。

MXene因其独特结构和物理化学性质，在储能器件中已表现出不错的电化学性能，Shenoy等通过计算得到Li、Na、K和Ca在Ti₃C₂上的容量分别为447.8、351.8、191.8和319.8mA/g，Simon等人将MXene用作钠离子电容器，在0.2mV/s下获得了100F/g的电容。尽管如此，但纯MXene用作电极材料时，一些电化学性能仍不能使人满意。比如：导电性较差，质量容量低等，需要对其进行性能改善。化学掺杂是一种常用的改性手段、通过引入新的化学元素、使晶格发生畸变，从而提高缺陷浓度和电子浓度。虽然已经有人提出了硫掺杂MXene的技术，但一方面，其采用硫化氢作为硫源，毒性大、污染严重、后续处理困难；另一方面，S原子半径小于碲原子，造成的晶格畸变量少，对性能改善有限。而碲掺入MXene后，晶格畸变更大，缺陷浓度更多、层间距更宽、活性位点更丰富，应用前景更广。

而现有电池行业中，制备电池的方法或工艺步骤较多，这样容易增加成本，而如果简单的省略一些工艺步骤又会导致性能下降。因而，通过简单的方法制备低成本、更安全环保的Te掺杂MXene材料及其电池具有重要的现实意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种Te掺杂MXene材料。本发明的另一目的在于提供上述Te掺杂MXene材料的制备方法。进一步的，本发明提供一种Te掺杂MXene材料的应用，将所述Te掺杂MXene材料用作钾离子电池负极。

本发明采用以下技术方案：

一种Te掺杂MXene材料的制备方法，所述制备方法属于溶剂热法，包括以下步骤：

(1)将MXene和Te源按照质量比为1：(0.01～1)，可选1：(0.1～0.9)，可选1：(0.2～0.8)，可选1：(0.4～0.6)加入分散剂中，配制成浓度为1-100mg/ml，可选10-90mg/ml，可选20-80mg/ml，可选40-60mg/ml的分散液，然后搅拌1-5小时，可选1、2、3、4、5h；

(2)将所述分散液升温至100-220℃(例如在反应釜中密封后放置烘箱反应)，反应10-24h，然后冷却至室温；

(3)将步骤(2)所得的产物用清洗剂进行清洗，然后离心；

(4)将步骤(3)得到的离心产物真空干燥(例如在真空干燥箱中)，得到所述Te掺杂MXene材料。

进一步地，所述Te源为联苯二碲、亚碲酸钠、碲粉(粒径为80-120目，例如100目)中的至少一种。