[发明专利]新型MXene修饰的多孔碳纤维复合电极的制备及应用

说明书

本发明提供了一种新型MXene修饰的多孔碳纤维复合电极的制备及应用，该制备方法包括：将MAX相刻蚀处理，得到二维层状MXene；将MXene离心、洗涤，并溶于有机溶剂DMF中进行超声剥离分层，得到单层MXene纳米片的有机溶液；在MXene/DMF混合溶液内加入PAN，充分混合搅拌，得到纺丝前驱体溶液；将纺丝液注入静电纺丝装置中，进行静电纺丝得到MXene/PAN纳米纤维膜；将复合纳米纤维膜进行预氧化、碳化，得到可用于脱盐的电极材料；本发明的MXene/PAN薄膜同时具有碳材料的双电层和法拉第电极材料的赝电容脱盐机理，不仅脱盐速度快，而且脱盐容量高，可广泛用于海水淡化及工业废水处理等领域。

技术领域

本发明属于环境材料合成技术领域，具体涉及一种新型MXene修饰的多孔碳纤维复合电极的制备及应用。

背景技术

MXene是由过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物构成的一种新型二维纳米材料，在电化学储能材料方面有着优异的性能。但是其在科学研究与实际运用中存在分散性、成型性以及机械性能较差等缺点，尤其在脱盐方面，赝电容机理使得其虽容量较大，但速率较小，耗能较大，故脱盐性能有待提高。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的首要目的是提供新型MXene修饰的多孔碳纤维复合电极。

本发明的第二个目的是提供上述新型MXene修饰的多孔碳纤维复合电极的制备方法。

本发明的第三个目的是提供上述新型MXene修饰的多孔碳纤维复合电极的用途。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种新型MXene修饰的多孔碳纤维复合电极的制备方法，其包括如下步骤：

(1)将MAX相刻蚀处理，得到二维层状MXene水溶液，并离心洗涤，最终将MXene溶于有机溶剂DMF中

(2)将溶于DMF的MXene进行超声剥离分层，得到单层MXene纳米片的有机溶液；

(3)在单层MXene/DMF混合溶液内加入PAN，充分混合搅拌，得到纺丝前驱体溶液；

(4)将纺丝液注入静电纺丝装置中，进行静电纺丝，得到MXene/PAN纳米纤维膜；

(5)将复合纳米纤维膜进行预氧化、碳化，得到可用于脱盐的电极材料。

优选地，在步骤(1)中，洗涤的最后步骤中，需用DMF代替水进行离心洗涤至少5次，以使最终得到的MXene/DMF混合溶液内不含水。

优选地，在步骤(2)中，超声剥离分层所用仪器为超声波细胞粉碎机，且在冰浴的条件下进行。

优选地，在步骤(3)中，PAN在纺丝液中的浓度为18wt％。

优选地，在步骤(3)中，搅拌的时间不低于6h。

优选地，在步骤(4)中，静电纺丝工艺的设置参数为：22号不锈钢针头；温度：25℃；湿度：35％；注射器推速：0.08mm/min；电压：15～18V；接收距离：15～20cm；纺丝时间：6h。

优选地，在步骤(6)中，预氧化过程设置管式炉参数为：通空气，20～200℃，升温速率5℃/min；200～250℃，升温速率1℃/min；保温1h。碳化过程设置管式炉参数为：通氩气，碳化温度800℃，升温速率5℃/min，保温2h。

一种新型MXene修饰的多孔碳纤维复合电极由上述制备方法得到。

一种上述的M新型MXene修饰的多孔碳纤维复合电极在脱盐的使用。

由于采用上述方案，本发明的有益效果是：