[发明专利]一种MXene/石墨烯/聚乙烯醇复合凝胶的制备方法

说明书

本发明提供一种MXene/石墨烯/聚乙烯醇复合凝胶的制备方法，该制备方法包括以下步骤：1)将MXene分散液和氧化石墨烯分散液混合后，进行水热反应，得到MXene/石墨烯复合凝胶；2)将MXene/石墨烯复合凝胶浸渍于聚乙烯醇溶液中，进行分子间氢键的形成，然后，循环冷冻解冻数次，得到MXene/石墨烯/聚乙烯醇复合凝胶。本发明通过水热反应将石墨烯与MXene复合得到凝胶，不规则状MXene作为插入剂，进入到石墨烯片层间，可减弱石墨烯片层之间的聚集，使复合凝胶具有稳定的电化学性能，且本发明利用聚乙烯醇与MXene的氢键相互作用增强所得复合凝胶的弹性性能，使复合凝胶具有良好的压缩回复性能，另外，本发明的制备方法简单，复合凝胶组分可调，反应条件温和，有利于推广应用。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，特别涉及一种MXene/石墨烯/聚乙烯醇复合凝胶的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种具有二维平面结构的碳材料，具有优异的性能。但是石墨烯亲水性能较差，而且片层容易团聚堆叠在一起使得其表面积大大减小，降低了在复合材料中的性能。

MXene是由Gogotsi的课题组在2011年首次引入，是一种新型材料，具有与石墨烯类似的二维结构，有着导电性高，高比表面积和良好的亲水性能，已应用于能源、光学、电化学、催化等多个研究领域。

聚乙烯醇作为最常见的水溶性高分子之一，由于其生物相容性好，对人体无毒等特点被广泛研究。通过结构式可以看出其良好的柔顺性，易于结晶，羟基和羧基赋予聚乙烯醇非常活泼的化学性质和亲水性。但是，聚乙烯醇导电性较差。

凝胶材料是一类具有亲水基团，能被水溶胀但不溶于水的具有三维网状结构的柔软材料。

公开号为CN108579626A的中国发明专利公布了一种纤维素纳米晶体/石墨烯/聚乙烯醇气凝胶的制备方法，该发明将石墨烯和纤维素纳米晶体均匀混合，再加入聚乙烯醇水溶液中，再进行无机盐诱导和醇溶液置换，制成复合凝胶。但是上述方法制备的复合凝胶力学性能和电化学稳定性较差，凝胶的结构难以调控，在实际应用中受到了限制。因此，开发一种具有压缩回复性、电化学性能良好的复合凝胶具有十分重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种MXene/石墨烯/聚乙烯醇复合凝胶的制备方法，以解决现有石墨烯复合材料力学性能和电化学稳定性较差的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种MXene/石墨烯/聚乙烯醇复合凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将MXene分散液和氧化石墨烯分散液混合后，进行水热反应，得到MXene/石墨烯复合凝胶；

2)将所述MXene/石墨烯复合凝胶浸渍于聚乙烯醇溶液中，进行分子间氢键的形成，然后，循环冷冻解冻数次，得到MXene/石墨烯/聚乙烯醇复合凝胶。

可选地，所述步骤1)中所述MXene分散液的浓度为1～5mg/mL，所述氧化石墨烯分散液的浓度为1～5mg/mL。

可选地，所述步骤1)中所述水热反应的反应温度为120～200℃，反应时间为12～24h。

可选地，所述步骤2)中所述聚乙烯醇溶液的温度为80～95℃，所述浸渍的浸渍时间为10min。

可选地，所述步骤2)中所述聚乙烯醇溶液的浓度为10-100mg/mL，且1mL所述聚乙烯醇溶液中含有2～10mg所述MXene/石墨烯复合凝胶。

可选地，所述步骤2)中所述循环冷冻解冻数次的冷冻温度为-70～-10℃，解冻温度为常温，循环冷冻解冻次数为3～20次。

相对于现有技术，本发明所述的MXene/石墨烯/聚乙烯醇复合凝胶的制备方法具有以下优势：