[发明专利]一种碘修饰MXene材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种碘修饰Ti₃C₂T_x材料及其制备方法与应用。所述一种碘修饰Ti₃C₂T_x材料的制备方法，包括下述步骤：将Ti₃C₂T_x固体粉末和碘源混合均匀，放置于管式炉中；然后通入惰性保护气进行煅烧，即得。所述材料为碘饰的二维纳米层状Ti₃C₂T_x。其中，碘元素在材料中所占的原子数百分含量为0.13～0.82％。碘修饰Ti₃C₂T_x材料具有扩大的层间距，可提供更多的离子传输空间和暴露更多的活性位点。此外通过碘官能团选择性调控，不仅能够改善Ti₃C₂T_x材料表面活性，还能提高本身的赝电容贡献，从而获得高储锂容量。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种碘修饰MXene材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着人们对能源需求的不断增长和化石燃料的迅速消耗，太阳能、风能和潮汐能等可再生清洁能源受到人们广泛关注，开采新能源和开发新能源技术也成为研究热点。然而，新型清洁能源(如太阳能、风能、潮汐能等)的开发和利用存在造价高、受地域限制严重和输出不稳定等问题，因此迫切需要良好的能源转换和存储系统，以实现能源的高效和多用途利用。

锂离子电池是一种二次可充放电池，具有低成本、无污染、能量密度高、环境友好等优点，目前已经被广泛应用在电动汽车、电子设备等领域。而负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，直接影响着电池性能的优劣。

2001年，人们发现了一种新型的类石墨烯二维过渡金属碳/氮化物(即MXene材料)，其通式为M_n+1X_nT_x(n＝1,2,3)，其中M代表前过渡金属元素，X为碳和/或氮元素，T_x代表表面官能团(如-O，-OH，-F等)。MXene主要通过选择性刻蚀MAX相中的A层制备(A一般为IIIA和IVA族元素)。至今为止，已经报道了70多种不同的MAX相。二维Ti₃C₂T_x作为最常见的MXene材料，在包括二次电池、金属空气电池及电容器等电化学领域已经得到了广泛的研究。

Ti₃C₂T_x作为一种新型的二维层状材料，具有良好的电导性和亲水性、丰富的活性位点、以及优异的机械性能。然而，其二维层状结构的致密堆叠会导致层间距变窄，造成暴露的活性位点减少，材料内部离子的传输速率降低，引起电化学反应动力学缓慢的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种碘修饰的二维纳米层状Ti₃C₂T_x材料及其制备方法，旨在解决Ti₃C₂T_x材料在锂离子电池中离子传输速率慢、充放电容量低等问题。

本发明所提供的碘修饰Ti₃C₂T_x材料是按照包括下述步骤的方法制备得到的：

1)制备碘修饰Ti₃C₂T_x材料：将Ti₃C₂T_x(T_x代表表面官能团，如-O，-OH，-F等)固体粉末和碘源充分混合均匀，放置于管式炉中；

2)管式炉中通入惰性保护气进行煅烧，即可得到碘修饰Ti₃C₂T_x材料。