[发明专利]MXene水凝胶及其液相组装方法

说明书

一种MXene水凝胶及其液相组装方法，该水凝胶通过包括如下质量份组分的原料反应得到，其中，MXene(1～20)份、氧化石墨烯(0.5～1)份、引发剂(0.1～0.5)份。本发明在常见还原剂的辅助下，利用部分还原的氧化石墨烯片层将MXene纳米片交联，定向引导MXene的液相组装，获得三维结构稳定、体积收缩的MXene水凝胶，发展了MXene的三维液相组装方法，为构建三维MXene宏观体提供了一种灵活性强、可控性高的方法，极大地拓宽了MXene基宏观材料的应用空间，对二维材料MXene的进一步发展意义深远。

技术领域

本发明属于二维材料组装技术领域，尤其涉及一种MXene水凝胶及其液相组装方法。

背景技术

MXene是一种新型二维过渡金属碳化物或氮化物，通过氟盐和盐酸或氢氟酸刻蚀MAX相除去活泼金属元素而剥离得到，用M_n+1X_nT表示。它具有独特的二维层状结构，这种类型的石墨烯结构为离子的嵌入/脱出提供了扩散通道，在锂离子电池和超级电容器中具有广泛的应用前景。同时，MXene材料有着巨大的比表面积、较高的电导率、良好的电解液润湿性及较强的抗拉抗压能力、较高的密度(3.7g/cm³)，使其作为超级电容器电极材料展现出优越的电化学性能，尤其在体积性能方面优势突出。然而，与其他二维材料一样，MXene的层状结构也带来了一系列问题，因层层堆叠大大降低了其比表面积的利用率。一些基于MXene的复合材料的设计和开发有效改善了这一问题，比如采用交替抽滤方法制备的柔性“三明治”结构Ti₃C₂T_x/CNT、Ti₃C₂T_x/rGO、Ti₃C₂T_x/OLC复合膜，但有限的片层间距调控方式仍不利于MXene的进一步发展。

在储能领域，设计MXene三维多孔结构，通过调控片层的组装方式构建合理的电子传导网络和离子传输通道，提升其有效比表面积，减少材料内部离子穿梭的曲折度，优化离子传输效率，是提高其储能器件电极厚度的有效方式，有望解决在器件水平上体积能量密度不高的问题。加之，三维组装是常用的改善二维材料片层堆叠问题的策略之一，三维多孔网络具有相互贯通离子通道、较大的比表面积、丰富的孔层次等特点，在储能、吸附等领域均有更强的优势，因此如何基于二维层状材料构建三维多孔网络对拓展MXene的应用空间尤为重要。然而，MXene材料由于片层柔韧性不如石墨烯，本身是很难像石墨烯那样构成三维结构的石墨烯水凝胶，但是目前人们迫切希望寻找一种方法构筑出类似于石墨烯那样的三维MXene结构。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种MXene水凝胶及其液相组装方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种MXene水凝胶，通过包括如下质量份组分的原料反应得到，其中，MXene(1～20)份、氧化石墨烯(0.5～1)份、引发剂(0.1～0.5)份。

作为本发明的另一个方面，还提供了一种MXene水凝胶液相组装方法，包括将引发剂加入到MXene和氧化石墨烯混合溶液中反应得到MXene水凝胶。

作为本发明的又一个方面，还提供了一种三维MXene块体，该三维MXene块体是将所述的水凝胶或用所述的方法制备的水凝胶进行干燥后获得的。

作为本发明的再一个方面，还提供了该三维MXene块体在储能或吸附领域的应用。

基于上述技术方案可知，本发明的MXene水凝胶相对于现有技术至少具有以下优势之一：