[发明专利]一种MXene/金纳米颗粒复合电极材料的制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种MXene/金纳米颗粒复合电极材料的制备方法，其步骤包括：制备浓度为0.5‑2mg/ml的片状MXene胶体溶液；制备质量分数为0.1‑1％的氯金酸水溶液；按氯金酸与MXene的质量比为1:3‑1:30分别取所述氯金酸水溶液和所述MXene胶体溶液混合，以100‑2000rpm的速度电磁搅拌10‑60min，得到颗粒大小为20‑35nm的金纳米颗粒均匀沉积于MXene片层表面上的MXene/金纳米颗粒复合材料；将所述MXene/金纳米颗粒复合材料通过真空抽滤制成柔性薄膜，即为MXene/金纳米颗粒复合电极材料。本发明提供的一种MXene/金纳米颗粒复合电极材料的制备方法，制得的MXene/金纳米颗粒复合电极材料电化学性能高且柔性好。

技术领域

本发明涉及无机非金属能源材料技术领域，特别涉及一种MXene/金纳米颗粒复合电极材料的制备方法及其应用。

背景技术

超级电容器作为一种介于电池与传统电容器间的新型能量储存器件，因其具有功率密度高、充放电效率高、循环稳定性好、绿色环保等特点而备受关注。近年，随着便携式和可穿戴电子设备的迅速发展，柔性超级电容器作为储能装置的潜在应用潜力引起了人们的极大关注，而柔性电极材料作为柔性超级电容器的核心组成部分，是开发的关键。

近年来，二维电极材料，如石墨烯、MXene、过渡金属硫化物、黑磷等，因其高比表面积、优异的电子和机械性能而得到了广泛的研究，尤其是MXene以其优异的导电性、成膜性和柔性，成为柔性电极材料极具竞争力的备选材料。目前，可通过氢氟酸(HF)等含氟腐蚀液选择性腐蚀MAX相来合成2D MXene。然而，像石墨烯一样，通过二维MXene纳米片堆叠成膜，由于相邻纳米片之间的强范德瓦力相互作用，在干燥和电极制造过程中，纳米片会出现聚集和自堆叠，阻止电解液渗透到各层，导致可用表面积的巨大损失；同时片与片之间的晶界，导致电荷传输阻力大大增加，从而出现MXene成膜后，在膜的横向上电导率很高，而纵向上导电率急剧下降。更重要的是这两个问题具有矛盾性，想要比表面积大，就要膜材料疏松，这必然导致层与层之间电阻变大，要想层与层之间导电性能好，必须膜材料紧实，这又导致比表面积降低。此问题大大限制了MXene电极材料的电化学性能及实际应用。目前解决此问题的常用方法忽略次要因素，抓主要因素，在这两个问题中，膜材料的导电性才是电极材料的关键性因素，因此目前主要是采用膜材料的压实方法来提升性能，未找到更好的能兼顾两个问题的解决办法。

为了同时解决以上两个问题，提升MXene膜电极材料的性能，通常是在薄片之间引入层间间隔物防止成膜后重新阻塞和比表面积的减少；同时层间间隔物选用导电性和稳定性都非常优异的贵金属纳米颗粒，贵金属纳米颗粒不仅本身具有非常高的比表面积，同时其优异的导电性成为层与层之间的导电桥梁，在不压实的情况下，增加层与层之间的导电率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种超电性能更优异的的MXene/金纳米颗粒复合电极材料的制备方法及其应用，以解决MXene纳米片堆叠成膜后，高导电性能与高比表面积二者不能兼得，从而限制MXene电极材料性能不能进一步提升的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种MXene/金纳米颗粒复合电极材料的制备方法，包括如下步骤：

制备浓度为0.5～2mg/ml的MXene胶体溶液；

制备质量分数为0.1～1％的氯金酸水溶液；

按氯金酸与MXene的质量比为1:3-1:30分别取所述氯金酸水溶液和所述MXene胶体溶液混合，电磁搅拌10-60min，得到颗粒大小为20-35nm的金纳米颗粒均匀沉积于MXene片层表面上的MXene/金纳米颗粒复合材料；

将所述MXene/金纳米颗粒复合材料通过真空抽滤制成柔性薄膜，即为MXene/金纳米颗粒复合电极材料。

进一步地，所述电磁搅拌的搅拌速度为100-2000rpm。