[发明专利]一种MXene基柔性超级电容器电极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及超级电容器电极材料领域，公开了一种MXene基柔性超级电容器电极材料及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：制备MXene单层悬浮液；以N‑苯基‑1,4‑苯二胺为单体，合成四苯胺；将5‑叠氮基戊酸、二环己基碳二亚胺、三甲胺、4‑二甲基氨基吡啶和四苯胺溶于反应溶剂，搅拌反应后，分离出反应产物，获得含叠氮基团的改性四苯胺；将含叠氮基团的改性四苯胺溶于溶剂中，向其中逐滴加入MXene单层悬浮液，搅拌后，进行紫外光照射处理，而后进行离心、乙醇洗涤和水洗，对获得的溶液进行抽滤、干燥。该制备方法能够实现插层剂与MXene之间的稳定结合，有效提高MXene基柔性超级电容器电极材料的电化学性能。

技术领域

本发明涉及超级电容器电极材料领域，尤其涉及一种MXene基柔性超级电容器电极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，可穿戴电子设备发展迅速，进而刺激了柔性超级电容器的需求，超级电容器具有功率密度高、充电时间短、循环性能好等优点。其中，具备体积容量大、电导率高、高电化学性能的电极材料对于超级电容器来说是必不可少的。具有较大的电化学活性表面的2D材料引起了广泛的研究兴趣，例如石墨烯，碳纳米管等，但限于碳的化学性质，不能利用金属进行氧化还原反应。

二维材料Ti₃C₂T_xMxene是一种在超级电容器应用中有巨大潜力的新型2D电极材料。它具有高的比表面积，能通过有效的比表面积来进行快速的表面氧化还原反应，从而存储电荷。但是MXene薄片在电极制造过程中倾向于重新堆叠，这严重减少了电极结构中的离子传输。为解决该问题，研究者们构建了更多的层状材料结构，为电解质离子的运输和储存提供更多的路径，碳材料(如碳纳米管，氧化石墨烯)，导电聚合物(如聚吡咯、聚苯胺)，金属氧化物(二硫化钼、二氧化锰)等材料被引入MXene中进行复合，有效缓解自堆叠，提高电化学储能性能。其中，聚苯胺由于具有高导电性和高理论电容而被广泛使用。但是聚苯胺本身的刚性导致其在水溶液和有机溶剂中溶解性很差，限制了与许多材料的复合。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种MXene基柔性超级电容器电极材料及其制备方法。该制备方法能够实现插层剂(四苯胺)与MXene之间的稳定结合，有效提高MXene基柔性超级电容器电极材料的电化学性能。

本发明的具体技术方案为：

第一方面，本发明提供了一种MXene基柔性超级电容器电极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备MXene单层悬浮液；

(2)以N-苯基-1，4-苯二胺为单体，合成四苯胺；

(3)将5-叠氮基戊酸、二环己基碳二亚胺、三甲胺、4-二甲基氨基吡啶和四苯胺溶解在反应溶剂中，搅拌反应后，分离出反应产物，获得含叠氮基团的改性四苯胺；

(4)将含叠氮基团的改性四苯胺溶于溶剂中，向其中逐滴加入MXene单层悬浮液，搅拌后，进行紫外光照射处理，而后进行离心、乙醇洗涤和水洗，再加入水，获得电极材料悬浮液；

在紫外光的照射下，含叠氮基团的改性四苯胺中，叠氮基团分解成氮气和氮烯，氮烯非常活泼，可以与MXene上的H结合形成稳定的共价键；

(5)对电极材料悬浮液进行抽滤，而后对获得的薄膜进行干燥，获得MXene基柔性超级电容器电极材料。

本发明先制备MXene单层悬浮液，而后通过有机叠氮化合物的光化学作用，将聚苯胺最小的共轭重复单元四苯胺接枝到MXene纳米片上，实现了四苯胺与MXene的复合。