[发明专利]高纯相多层V2

说明书

高纯相多层V₂C材料的制备方法及其应用，本发明涉及一种制备高纯相多层V₂C材料的方法，本发明是要解决现有用HF溶液刻蚀的多层V₂C纯度较低，合成方法比较繁琐的问题。制备方法：一、将0.6～1g V₂AlC粉体放入40～60mL质量浓度为30％～50％的HF水溶液中，在室温下搅拌反应240～288小时，得到反应液；二、将反应液采用离心机在5000r/min～12000r/min下进行反复离心，离心清洗直至上清液的pH值为5～7，收集固相沉淀物；三、对固相沉淀物进行干燥处理。本发明控制反应时间和酸量使得化学反应进行的更加活跃和完全，制成负极，表现出高比容量、循环稳定和长寿命等优点。

技术领域

本发明涉及一种制备高纯相多层V₂C材料的方法，以及高纯相多层V₂C材料作为锂离子电池负极材料的应用。

背景技术

2004年，Novoselov等人石墨中成功剥离出仅由一层碳原子构成的薄片，发现石墨烯独特的电子性质后，人们开始对二维材料获得了极大的关注。2011年，Yury Gogotsi和Barsoum合作发现了一种新型的二维材料Ti₃C₂，从此大批MXenes材料备受人们关注。在众多MXenes材料中，由于其具有良好的电容性能和导电性及其较低的Ti-Al键能更容易制备的特性，导致其在能量储存领域中的研究最为广泛。V₂C作为MXenes材料中的一员，其也拥有表面亲水性、金属导电性及优良的电化学性能，但是相对于高纯相Ti₃C₂的制备，高纯相多层V₂C的制备非常困难。迄今为止，并没有人腐蚀出高纯相多层V₂C。2013年，Michael Naguib和Yury Gogotsi等人首次将V₂AlC粉体浸没到HF溶液中合成多层V₂C，反应时间为90h，温度为室温。然而该方法制备的V₂C通过XRD来看其结晶性不是很好，且其报告指出大约有15wt％的V₂AlC未参与反应，也表示其纯度不高，通过对其电极电学性能测试，在1C电流密度下，循环稳定后可达到210mAh/g，由于纯度不高，这并未能完全体现多层V₂C的优异性能。2015年，周爱国等人研究了不同温度和时间条件下，HF对V₂AlC的腐蚀行为，结果表明50℃～65℃条件下，V₂AlC粉体在49％HF溶液中浸泡搅拌120h不能制备出相应的V₂C二维晶体；70℃下浸泡40h后，逐渐出现少量的Al₂O₃和V₂O₅，并观察到少量二维透明薄片结构，预测是V₂C二维晶体，通过对结果分析，表明其未能成功制备出V₂C，但是其实验探究说明了HF浓度、刻蚀温度与时间的关系对V₂C制备过程的影响是尤为重要的。2020年，ZhangYajuan等人将V₂AlC粉体浸没到HF溶液中，将反应温度固定到35℃，反应时间严格控制在120h，通过其SEM图像可观察到多层结构的产生，然而这种方法制备出的多层V₂C，在XRD图谱显现出，V₂C的特征峰与V₂AlC的特征峰相比，极其微弱，表明其纯度不高，通过将此多层V₂C进行电极电学性能进行测试，结果表明，在0.1A/g的电流密度下，循环稳定后的容量为241mAh/g，这是因为其纯度不高，没有完全体现出V₂C电极电学性能。V₂C具有稳定的结构，良好的导电性，优秀的储锂能力及其能与很多的材料进行复合的优势。

发明内容

本发明的目的是要解决现有用HF溶液刻蚀的多层V₂C纯度较低，合成方法比较繁琐的问题，而提供一种能制备出高纯度的、合成方法简便的高纯相多层V₂C材料的方法。