[发明专利]MXene/ZnMnNi LDH范德华异质结构及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种MXene/ZnMnNi LDH范德华异质结构及其制备方法和应用，该制备方法包括制备方法，步骤一：制备单层ZnMnNi LDH纳米片（F‑ZnMnNi LDH），步骤二：制备单层MXene纳米片（F‑MXene），步骤三:将F‑ZnMnNi LDH和F‑MXene交替堆叠形成F‑MXene/F‑ZnMnNi LDH范德华异质结构。该应用包括用F‑MXene/F‑ZnMnNi LDH范德华异质结构参与制得的电极，以及由该电极制得的超级电容器。本发明F‑MXene/F‑ZnMnNi LDH范德华异质结构展现出优异的电化学性能，提高了电极材料的实际比电容和循环稳定性，使其在超级电容器领域有更好的应用。

技术领域

本发明涉及一种MXene/ZnMnNi LDH范德华异质结构及其制备方法和应用，属于电化学储能技术领域。

背景技术

超级电容器作为一种新型储能装置，在功率密度方面强于电池，同时，比传统电容器具有更高的能量密度。此外，超级电容器还具有使用寿命长、充放电效率高和环境友好的优点，从而使其在诸如航天航空、电子通信以及能源化工等领域被广泛应用。

电极材料的组成和结构是决定超级电容器性能的关键因素。LDHs由于其本身较高的理论比电容、低成本和可调节的层间结构成为被广泛研究的赝电容材料之一，尤其是剥离后LDHs纳米片能够产生更多的活性位点，这使其进一步受到关注。但是剥离后LDHs也存在着一定的缺陷：(1)LDHs的导电性较差，难以充分发挥其理论比电容；(2)剥离后的单层LDHs纳米片容易自身发生堆叠，从而影响其电化学性能。

MXene纳米片是由MAX通过刻蚀和剥离的方法得到的一种二维层状材料，其本身具有杰出的导电性、较大的比表面积和亲水性等特点，有望能够提高剥离后LDHs导电性，以及阻止其发生自堆叠。故将MXene引入到剥离后的LDHs中形成范德华异质结构，优势互补，综合提高电极材料的电化学性能。

发明内容

为了解决上述LDHs作为超级电容器电极材料存在的低导电性和易堆叠会影响其实际电化学性能的问题，本发明提供一种MXene/ZnMnNi LDH范德华异质结构及其制备方法和应用，选用一种新型二维导电材料-MXene，通过静电自组装的方法形成F-MXene/F-ZnMnNi LDH复合电极材料。该方法操作巧妙的利用了两种材料本身的结构特点，以此使两者形成互相紧密交替堆叠的形貌，形成的复合电极材料有效的结合了两者各自的优势，从而能够提高其实际比电容和循环稳定性。具体技术方案如下：

MXene/ZnMnNi LDH范德华异质结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：制备单层ZnMnNi LDH纳米片，即F-ZnMnNi LDH

首先，将六水合硝酸锌、六水合硝酸镍、四水合乙酸锰、六亚甲基四胺和去离子水同时分散在一起并搅拌，得到均匀分散的淡绿色混合溶液，然后，将该混合溶液转移到高压反应釜中，并将高压反应釜放在鼓风干燥箱中进行加热反应，反应的化学方程式如下：

C₆H₁₂N₄+6H₂O→6HCHO+4NH₃

NH₃+H₂O→NH₄OH

待反应时间结束后，取出高压反应釜，使其自然冷却至室温，之后打开反应釜，将其中的反应得到的淡黄色沉淀物取出，该沉淀物即为前驱体ZnMnNi LDH，并用去离子水和无水乙醇进行洗涤，紧接着将洗涤好的沉淀物转移到装有甲酰胺溶液的容器中，然后将其置于超声清洗机中进行超声剥离，甲酰胺分子中含有一个氧原子和一个氮原子，其强负电性元素与其他元素之比在甲酰胺溶液中最高，因此会形成一种特别强的偶极-偶极引力作用，即氢键作用力，形成ZnMnNi LDH被剥离的驱动力，导致ZnMnNi LDH被剥离；