[发明专利]一种利用超声-抽滤法制作碳化钛水凝胶薄膜的方法

说明书

本发明公开了一种利用超声‑抽滤法制作碳化钛水凝胶薄膜的方法，步骤为：将Ti₃C₂T_x胶体溶液与铝盐溶液混合后静置处理，得到三维Ti₃C₂T_x水凝胶；三维Ti₃C₂T_x水凝胶经过透析后进行超声分散得到分散液，分散液经真空抽滤得到Ti₃C₂T_x水凝胶薄膜。本发明通过铝离子交联构建三维结构的Ti₃C₂T_x水凝胶，所得材料具有更多活性位点及更大比表面积；再超声较短时间，在保留三维结构的基础上，分散出边缘的Ti₃C₂T_x纳米片，利用其片层间的氢键和范德华力通过真空抽滤而自组装为薄膜形态，维持二维Ti₃C₂T_x薄膜优异的柔性、机械性能和高体积比电容特性。

技术领域

本发明属于MXene材料制备技术领域，具体涉及一种利用超声-抽滤法制作碳化钛水凝胶薄膜的方法。

背景技术

MXene作为新兴起的一类二维材料，在众多领域都表现出巨大的应用潜力，如储能、催化、电磁屏蔽、吸波、光热理疗及海水淡化等。碳化钛(Ti₃C₂T_x)是MXene家族中最早发现也是研究最广泛的材料，其因具有可媲美金属的超高电导率、优异的亲水性、柔性以及赝电容特性，使其在超级电容器电极方面具有较大的应用开发潜力。

二维Ti₃C₂T_x薄膜具有优异的柔性和机械性能，然而，在制备过程中由于Ti₃C₂T_x片层的无序堆叠现象，最终得到紧密堆叠的结构，不仅会降低材料的比表面积且会增大离子扩散阻抗，导致其应用受限。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种利用超声-抽滤法制作碳化钛水凝胶薄膜的方法，本发明提供的方法能够在保证二维薄膜优异的柔性和机械性能的基础上，将紧密堆叠的Ti₃C₂T_x二维薄膜转变成三维多孔结构的Ti₃C₂T_x水凝胶薄膜，不仅提高了Ti₃C₂T_x材料利用率，且三维多孔结构使其具有更大的比表面积以及暴露出更多活性位点，实现容量的提升。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种利用超声-抽滤法制作碳化钛水凝胶薄膜的方法，包括以下步骤：将Ti₃C₂T_x胶体溶液与铝盐溶液混合后静置处理1-3h，得到三维Ti₃C₂T_x水凝胶；水凝胶经过透析3-5次后洗去多余离子；再将水凝胶放置在200-400W的超声机中超声5-15s后，用玻璃棒搅拌得到分散液，最后真空抽滤1-3min，获得Ti₃C₂T_x水凝胶薄膜。

本发明的有益效果为：