[发明专利]一种利用液晶化MXene构建三维MXene阵列的方法及三维MXene阵列

说明书

本发明涉及电化学领域，具体而言，涉及一种利用液晶化MXene构建三维MXene阵列的方法及三维MXene阵列。一种利用液晶化MXene构建三维MXene阵列的方法包括：将MAX相材料进行刻蚀，得到具有良好导电性的MXene胶体溶液；而后将能够诱导MXene形成三维网状结构的改性剂加入MXene胶体溶液中，混合均匀，得到改性Mxene液晶溶液；而后将具有表面亲水性的硅片表面均匀涂覆Mxene胶体溶液得到一层MXene膜；而后将两片硅片相对放置于改性Mxene液晶溶液中，并在外加电场的作用后进行急速冷却。该工艺合简单，反应易于控制。而制备得到的三维MXene阵列中阵列的取向性较好，且排列整齐。

技术领域

本发明涉及电化学领域，具体而言，涉及一种利用液晶化MXene构建三维MXene阵列的方法及三维MXene阵列。

背景技术

近年来，高能量、高功率厚电极膜的可规模化、可持续性制造是实现电化学能量大规模存储的关键。传统的电极制备方法往往导致二维纳米材料的再堆积，这限制了离子在厚膜中的传输，导致系统的电化学性能高度依赖于薄膜的厚度，二维薄片的竖直排列可以实现离子的定向传输，从而在超级电容器中实现与厚度无关的电化学性能。

MXene材料是一种近年来发展起来的二维层状结构的前过渡金属碳化物和碳氮化合物，对应的三元体相材料为MAX相。MAX相是一种三元层状结构碳化物或氮化物材料，MXene材料通常是在水溶液中选择性刻蚀MAX相获得的。MXene不仅具有比表面积大、活性位点多以及原子层厚等特性，同时还具有良好的金属导电性优势，这类材料具有高弹性模量及高载流子迁徙率，在导电材料及功能增强复合材料等方面具有良好的应用前景。

而液晶相的MXene溶液是一种在一定温度和浓度时表现出的介于液态和晶态间的有序流体状态，其解决平面型薄膜电极再团聚和孔结构无规取向的难题。但是现有技术中，制备出竖直生长的三维Mxene阵列的方法较复杂。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用液晶化构建三维MXene阵列的方法，其工艺简单、重复性强。

本发明的另一目的在于提供一种三维MXene阵列，其阵列的取向性较好，且排列整齐。

本发明的另一目的在于提供一种平面型薄膜电极，可以实现离子的定向传输，从而在超级电容器中实现与厚度无关的电化学性能。

为实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种利用液晶化MXene构建三维MXene阵列的方法，包括如下步骤：

将具有液晶特性的改性剂加入MXene胶体溶液中，混合均匀，得到具有三维网状结构的液晶化Mxene溶液；

将两片表面涂覆有均匀的Mxene胶体溶液的硅片相对放置于液晶化Mxene溶液中，在外加电场下进行作用，其中，硅片涂覆Mxene胶体溶液的表面为亲水性表面。

本发明还提供一种三维MXene阵列，其根据上述的一种利用液晶化MXene构建三维MXene阵列的方法制备得到。

本发明还提供一种平面型薄膜电极，其包括一种三维MXene阵列。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种利用液晶化MXene构建三维MXene阵列的方法，其采用具有液晶特性的改性剂对MXene进行液晶化，优选出具有良好流变性能的MXene液晶分子体系；再通过外加电场通过电流变效应和氢键诱导自组装方法，实现硅基底上竖直三维MXene阵列的直接构筑，解决平面型薄膜电极再团聚和孔结构无规取向的难题。同时，其工艺简单，适用于大规模生产。

本发明提供的一种三维MXene阵列，取向性较好，且排列整齐。