[发明专利]一种硼掺杂MXene材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种硼掺杂MXene材料及其制备方法，包括以下步骤：(1)将含硼材料加入分散剂中，配制成浓度为1‑10mol/L的溶液；(2)将MXene加入步骤(1)所得溶液中，得到分散液；(3)将所述分散液加热至150‑220℃，反应10‑15小时，然后冷却至室温；(4)将步骤(3)所得的产物离心，洗涤，干燥，得到硼掺杂MXene材料。与纯MXene材料相比，本发明制备的硼掺杂MXene材料通过硼原子与π电子结合，从而产生更多的反应位点，提升MXene电导率、并增强赝电容效应，从而提高快速储钠性能，提升比容量；由图4可知，本发明制备的硼掺杂MXene材料在保证高比容量的同时保持了循环稳定性，完全满足实际应用的需求；本发明制备的硼掺杂MXene制备方法简单，掺杂效果均匀，比容量高。

技术领域

本发明属于新能源材料领域，具体涉及一种硼掺杂MXene材料及其制备方法。

背景技术

随着电气化社会的快速发展，锂离子电池在电动汽车和手持电子设备的储能模块中得到了广泛应用。然而，在可再生能源发电储能领域中的应用，锂离子电池却因为有限的锂资源和较高的储能成本而受到限制。钠离子电池有着类似锂离子电池的工作机制，并且钠在地壳中有更高的丰度，此外，钠的标准电位(-2.71V)接近锂(-3.04V)，这有利于得到高功率密度电池。因此，钠离子电池被认为是锂离子电池在可再生能源发电储能应用中的替代者。

钠离子电池作为富有前景的金属二次电池受到研究人员的广泛研究，在长期的研究过程中，人们发现钠离子的半径比锂离子的半径大，Fouletier等人证实石墨用作钠离子电池负极时，在碳酸酯类电解液中，钠离子只能嵌入石墨生成8阶的NaC₆₄化合物，这使得在锂离子电池中得到广泛应用的石墨难以用于钠离子电池负极，故寻找合适的钠离子电池负极材料已成为重要的研究方向。

MXene是通过氢氟酸刻蚀掉MAX陶瓷相中的Al层，从而得到的一种新型二维层状材料。为了保持电荷平衡，MXene表面会形成含有羟基，氧和氟的官能团，这使得其兼具类金属的导电性和优异的亲水性。此外，MXene具有本征纳米级层状结构、高度可调节的金属成分、巨大的比表面积等优点，因而在能源存储及催化方面表现出巨大的潜力。Shenoy等通过计算得到Na在MXene(Ti₃C₂)上的容量为351.8mAh/g，然而，MXene(Ti₃C₂)实际用于钠离子电池时，所表现出的容量仍然较低，为了改善MXene的储钠性能，研究人员对MXene进行了多种改性策略，包括：化学掺杂，多相复合，包覆策略等。其中化学掺杂是通过引入新的化学元素以提高缺陷浓度和电子浓度的策略，也是最为简单有效的手段。常用的掺杂手段以热处理为主，虽然简单方便，但是掺杂的均匀性较差，仍然无法有效的提高钠离子电池的容量和稳定性。

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硼掺杂MXene材料。本发明的另一目的在于提供上述硼掺杂MXene材料的制备方法。进一步的，本发明提供一种硼掺杂MXene材料的应用，将所述硼掺杂MXene材料用作钠离子电池负极。

本发明采用以下技术方案：

一种硼掺杂MXene材料的制备方法，所述制备方法属于离子液体法，包括以下步骤：

(1)将硼源材料加入分散剂中，配制成浓度为1-10mol/L的溶液；

(2)将MXene加入步骤(1)所得溶液中，并搅拌3-12小时，得到分散液；

(3)将所述分散液移入反应釜加热至150-220℃，优选的为170-200℃，例如150℃，160℃，170℃，180℃，190℃，200℃，210℃，220℃；反应10-15小时，优选的为12-14小时，例如10小时，11小时，12小时，13小时，14小时，15小时，然后冷却至室温；