[发明专利]一种自支撑MXene/MWCNT柔性复合薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种自支撑MXene/MWCNT柔性复合薄膜及其制备方法和应用，属于复合材料领域。本发明将Ti₂CT_x MXene胶体溶液在复合纤维滤膜上进行第一过滤，将MWCNT分散液在所得第一薄膜层上进行第二过滤，在所得第一MWCNT层上依次循环重复所述第一过滤和第二过滤，最后再过滤Ti₂CT_x MXene胶体溶液，再进行真空冷冻干燥后去除复合纤维滤膜，得到自支撑MXene/MWCNT柔性复合薄膜。采用真空冷冻干燥技术制备的MXene/MWCNT复合薄膜电极的层间结构更加疏松，层间距更大，离子在层间的存储和传输性能得到显著改善，暴露更多的电极/电解质界面，建立开放且坚固的结构，提高结构稳定性。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种自支撑MXene/MWCNT柔性复合薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

MXene一种新型的二维过渡金属碳/氮化物材料，其化学通式为M_n+1X_nT_x(n＝1、2或3),其中M代表过渡金属，X代表C或N,T_x代表表面基团(如-O、-OH或-F)。MXene主要通过选择性刻蚀将前驱体MAX相中的A原子层刻蚀，形成二维层状结构，其具有类金属的导电性、优异的亲水性、丰富的表面官能团和赝电容等特性，在二次电池、超级电容器及催化等电化学储能领域引起了研究者的广泛关注。但是，MXene层间范德华力引起的层间堆叠现象抑制了表面活性位点的有效利用和阻碍了材料内部离子的快速传输。从而影响了MXene电极材料的比电容和倍率性能，限制了其在各个领域的拓展。

现有技术中已经公开了利用MXene和MWCNT制备MXene/MWCNT柔性复合薄膜，但是制得的MXene/MWCNT柔性复合薄膜仍存在电化学性能不佳的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种自支撑MXene/MWCNT柔性复合薄膜及其制备方法和应用。本发明制得的自支撑MXene/MWCNT柔性复合薄膜的层间结构更加疏松，层间距更大，离子在层间的存储和传输性能得到显著改善。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种自支撑MXene/MWCNT柔性复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

将Ti₂CT_x MXene胶体溶液在复合纤维滤膜上进行第一过滤，形成第一薄膜层；

将多壁碳纳米管分散液在所述第一薄膜层上进行第二过滤，形成第一MWCNT层；

在所述第一MWCNT层上依次循环重复所述第一过滤和第二过滤，最后再过滤所述Ti₂CT_x MXene胶体溶液，得到复合薄膜；

将所述复合薄膜进行真空冷冻干燥后去除所述复合纤维滤膜，得到所述自支撑MXene/MWCNT柔性复合薄膜。

优选地，所述自支撑MXene/MWCNT柔性复合薄膜中Ti₂CT_x MXene与多壁碳纳米管的质量比为1:5～15。

优选地，所述循环重复的次数为3～20次。

优选地，所述真空冷冻干燥的温度为-60～-80℃，时间为12～24h。

优选地，所述多壁碳纳米管分散液由包括以下步骤的方法制得：

将多壁碳纳米管和混酸混合后依次进行水稀释、洗涤和干燥，得到酸化MWCNT，所述混酸包括浓硫酸和浓硝酸；

将十二烷基苯磺酸钠与水混合，得到十二烷基苯磺酸钠水溶液；