[发明专利]一种自支撑三维多孔MXene电极及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种自支撑三维多孔MXene电极材料，其特征在于，所述材料有蜂窝状三维多孔网络结构碳骨架，MXene在碳骨架上均匀负载，且无序排列，其中孔径范围在100nm-20um,孔容积为1～5cm³g^-1，比表面积为50～200m²g^-1，MXene面载量在0.5～2.5mg/cm²。

2.权利要求1所述的MXene电极材料，其制备方法包括：1)由泡沫树脂形成碳骨架；2)由能够形成阳离子的物质修饰所述碳骨架，得到带正电荷的碳骨架；3)将带正电荷的碳骨架与MXene片层材料结合，所得材料记为MFC-MXene；4)将所述MFC-MXene冻干，得所述自支撑三维多孔MXene电极材料。

3.权利要求1所述的MXene电极材料，所述MXene材料为Ti₃C₂T_x、Ti₂CT_x、V₂CT_x、Mo₂CT_x、Nb₂CT_x和Nb₄C₃T_x、Cr₂CT_x、Mo₂TiC₂T_x和Mo₂Ti₂C₃T_x中的一种或多种，其中T_x选自-F，-Cl，-OH，-O，优选Ti₃C₂T_x、Ti₂CT_x、Mo₂TiC₂T_x和Mo₂Ti₂C₃T_x，最优选Ti₃C₂T_x。

4.权利要求2所述的MXene电极材料，所述泡沫树脂选自三聚氰胺甲醛泡沫、聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫，优选三聚氰胺甲醛泡沫。

5.权利要求2-4任一项所述的MXene电极材料，所述能够形成阳离子的物质为聚乙烯亚胺树脂。

6.一种自支撑三维多孔MXene电极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

1)由泡沫树脂形成碳骨架；

2)由能够形成阳离子的物质修饰所述碳骨架，得到带正电荷的碳骨架；

3)将带正电荷的碳骨架与MXene片层材料结合，所得材料记为MFC-MXene；

4)将所述MFC-MXene冻干，得所述自支撑三维多孔MXene电极。

7.权利要求6所述所述的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)将泡沫树脂裁成薄片，在惰性气氛中高温碳化得碳骨架MFC；

(2)将所述碳骨架浸泡在能够形成阳离子的物质溶液中进行表面修饰使其带正电荷，得到带正电荷的碳骨架；

(3)将带正电荷的碳骨架干燥，然后浸渍在二维层状MXene水溶液中，记为MFC-MXene；

(4)将得到的MFC-MXene材料在冷冻干燥的条件下冻干，即得到自支撑三维多孔MXene电极材料。

8.权利要求7所述的制备方法，所述步骤(1)中所述高温碳化通过5～10℃/min的升温速率升高到600～1000℃，保持时间为2～5h，所述步骤(4)中冷冻干燥的温度为-90℃～-60℃。

9.权利要求6-8任一项所述方法制备得到的自支撑三维多孔MXene电极材料。

10.权利要求1-5任一项或权利要求9所述自支撑三维多孔MXene电极材料作为超级电容器电极的用途。