[发明专利]一种单层MXene纳米片/ZIF-67复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种单层MXene纳米片/ZIF‑67复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将盐酸溶液与氟化锂在容器中搅拌溶解形成氢氟酸，将钛碳化铝缓慢加入到上述溶液中，刻蚀剥离铝层；(2)将反应液进行离心、干燥，即得到MXene；(3)将Ti₃C₂MXene分散去离子水中，并在低温下超声处理一段时间，得到单层Ti₃C₂MXene溶液；(4)通过原位生长法将ZIF‑67生长在MXene上，将复合材料前驱体依次离心、煅烧。与现有技术相比，本发明的制备方法环境友好，制备工序简单易操作，便于工业生产，在锂电池领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于材料科学和电化学技术领域，具体涉及一种单层MXene纳米片/ZIF-67复合材料的制备方法。

背景技术

近年来，随着科学技术的飞速发展，电动汽车、人工智能等许多领域都取得了长足的进步。同时，对储能装置的能量密度、速率能力和循环寿命提出了更高的要求。在众多的储能装置中，商用锂离子电池被认为是最有希望满足日益增长的需求的储能装置之一。目前，锂离子电池发展的主要障碍在于理论容量为372mah g^-1的石墨阳极。为了有效地提高锂离子电池的性能，寻找替代石墨阳极的新材料是一条必不可少的途径。

MXenes通常是通过在HF中蚀刻MAX陶瓷粉末A层一段时间来制备。特定的制备方法使MXenes的2D层以–O、–OH和–F表面端基终止。特殊的表面使MXenes具有亲水性。此外，MXenes具有高导电性和大比表面积。因此，MXenes被认为是储能设备的有希望的候选产品。Ti₃C₂T_x是研究最广泛的MXene，被认为是一种很有前途的锂离子电池。然而，Ti₃C₂T_x的层在锂化/去锂化过程中容易重新堆积，并且Ti₃C₂T_x(320mAh g^-1)的理论容量低于那些高容量阳极，阻碍了其进一步发展。为了防止Ti₃C₂T_x层的重新堆叠并提高容量，已经做出了大量的努力。

由于单个元件不能满足上述优异电化学性能的要求，越来越多地研究构建具有有利协同效应的纳米复合材料来开发锂离子电池的高性能电极。然而，组分间强烈的化学相互作用对纳米复合材料作为电极的电化学行为的影响却鲜有人关注，金属-有机骨架材料(MOFs)作为新兴的无机-有机杂化材料，由于其可调的分子结构和孔径以及高比表面积，近年来在电化学能量相关应用中显示出独特的优势和巨大的潜力。然而，MOF作为锂离子电池负极的探索仍然非常有限。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种单层MXene纳米片/ZIF-67复合材料的制备方法，使得其应用在锂电池中时可实现更高的可逆容量和更好的倍率性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种单层MXene纳米片/ZIF-67复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将盐酸溶液与氟化锂在塑料容器中搅拌溶解形成氢氟酸，将钛碳化铝(Ti₃AlC₂)缓慢加入到上述溶液中，刻蚀剥离铝层；将反应液进行离心、干燥，即得到MXene；

(2)将Ti₃C₂ MXene分散去离子水中，并在低温和惰性气氛下超声处理一段时间，即得到单层Ti₃C₂ MXene溶液；