[发明专利]硒掺杂MXene复合纳米材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种硒掺杂MXene复合纳米材料及其制备方法，包括以下步骤：(1)将MXene和有机硒源按照质量比为1：1～10加入分散剂中，搅拌配制成浓度为1‑100mg/ml的分散液；(2)将所述分散液转移至反应釜，升温至100‑220℃，反应10‑30h，然后自然冷却至室温；(3)将步骤(2)所得产物用清洗剂清洗后离心，收集沉淀物，真空干燥6‑20h；(4)将步骤(3)所得样品放置于管式炉中煅烧，通入保护气体，加热至300‑1000℃，时间为2‑8h，然后冷却到室温，得到所述硒掺杂MXene复合纳米材料。本发明的材料具有较高的比表面积，良好的导电性、循环稳定性能、倍率性能以及较高的理论比容量。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，涉及一种硒掺杂MXene复合纳米材料及其制备方法和应用，特别是在钾离子电池中作为电极材料的应用。

背景技术

二维(2D)材料，以石墨烯作为典型代表，由于其比表面积高的特点赋予了其多种优异的性能，因为它们缩短了离子和电子运动的路径，并且大的暴露表面区域提供了丰富的插入通道。特别是石墨烯，一种典型的二维sp²杂化碳片，在过去十年中见证了其在能量转换和储存方面的广泛应用，这得益于其高导电性和缓冲特性，以减轻循环时的结构变化。在能源储存、催化、化学传感器等诸多领域有着广泛的应用。

近年来，一种新型的二维材料，MXene的发现为二维材料家族增添了很多新的成员。MXenes是一个新的二维金属碳化物和碳氮化物系列，因其独特的物理和化学性质而脱颖而出。通常，这种新型材料可以通过选择性化学蚀刻获得，使用氢氟酸从层状M_n+1AXn相中分层出A层，其中M是早期过渡金属，A是IIIA族或IVA族并且X是C和/或N。蚀刻，形成具有纳米级厚度的M_n+1Xn层，并且用含有羟基、氧和氟的官能团封端。纳米片具有纳米级厚度，丰富的化学成分和丰富的官能团赋予MXenes优异的亲水表面，丰富的化学性质和可调的物理和化学性质，而不会牺牲其金属导电性，这在传统的二维材料如石墨烯，氮化物，层状过渡金属二硫化物和双重材料中很少有报道。

目前，锂离子电池已经广泛应用到人们的日常生活中，同时金属锂的大量消耗也开始引起了人们的担忧。因此，寻找一种锂离子电池的替代品成为目前的研究重点。

此外，广泛使用的硫掺杂MXene的技术采用H₂S作为硫源，毒性大，有很强的污染性，后续处理困难。因而，通过简单的方法制备低成本、更安全环保的硒掺杂MXene复合纳米材料及其钾离子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硒掺杂MXene复合纳米材料。本发明的另一目的在于提供上述硒掺杂MXene复合纳米材料的制备方法。进一步的，本发明提供一种硒掺杂MXene复合纳米材料的应用，将所述硒掺杂MXene复合纳米材料用作钾离子电池负极。

本发明采用以下技术方案：

一种硒掺杂MXene复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将MXene和有机硒源按照质量比为1：1～10，可选1：2～8，可选1：4～6加入分散剂中，搅拌配制成浓度为1-100mg/ml，可选10-90mg/ml，可选20-80mg/ml，可选40-60mg/ml的分散液；

(2)将所述分散液转移至反应釜中，升温至100-220℃，反应10-30h，优选反应在反应釜中进行(反应釜密封)，然后自然冷却至室温；

(3)将步骤(2)所得产物用清洗剂进行洗涤后离心，收集沉淀物，真空干燥6-20h，例如12h；