[发明专利]一种MXene/金属化合物复合材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种MXene/金属化合物复合材料的制备方法及其应用，其中金属化合物原位地生长在MXene的基体中。所述制备方法包括：1)将前驱体MAX相材料、路易斯酸熔融盐和无机盐混合，高温反应一步制备得到MXene/金属复合材料；2)对步骤1)所得的材料进行硫化/磷化/硒化/碲化等反应制备得到MXene/金属化合物复合材料。本发明的制备方法具有简单、实验步骤短、通用性强、对MXene的破坏性小、实验安全性高等特点，所制备的MXene/金属化合物复合材料用作碱金属离子可充电电池负极时，由于其具有良好的结构稳定性，从而表现出优异的循环性能。

技术领域

本发明属于二维纳米材料技术领域，具体涉及了一种MXene/金属化合物复合材料的制备方法及应用。

背景技术

由于能源和环境问题的日益严峻，二次碱金属离子电池包括锂离子电池、钠离子电池和钾离子电池近年来受到了大量的关注，尽管它们的发展已经取得了非常大的进展，然而高性能负极材料的开发仍然具有一定的难度。金属化合物由于具有高的理论比容量被视为是一种有潜力的负极材料，但其在充放电过程中大的体积应力和较差的离子及电子电导率导致其表现出较差的循环性能和倍率性能。

作为二维材料领域的新兴成员，被称为MXenes的过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物具有优异的氧化还原活性、大且可调控的层间距、金属级别的电子电导率、低的碱金属离子迁移势垒以及优异的应力释放能力。因此近年来研究人员通过制备MXene/金属化合物复合材料来改善金属化合物负极的电化学性能，然而目前MXene/金属化合物复合材料制备过程较为复杂，基本遵循先制备 MXene、后吸附不同金属离子以及最后进行后处理的步骤，而且常规的制备过程不可避免地会直接或者间接使用氢氟酸，降低了实验安全，此外传统制备过程需要在水中进行，这会导致MXene发生氧化或者降解。

最近，一种路易斯酸熔融盐刻蚀策略被提出用来制备MXene，该方法具有安全性高以及可控制MXene表面基团等优点，此外使用路易斯酸熔融盐刻蚀 MAX相前驱体过程中会在MXene基体中原位生成金属，然而目前的研究都是将刻蚀过程中生成的金属除去以便于得到各种端基修饰的纯MXene，因此路易斯酸熔融盐刻蚀MAX制备MXene过程中原位生成的金属的合理利用值得进一步的探索。

发明内容

针对上述的技术问题，本发明提出一种MXene/金属化合物复合材料的制备方法及应用，该方法基于路易斯酸熔融盐刻蚀路线充分利用原位生成金属制备MXene/金属化合物复合材料，方法简单、高效、安全，且所得复合材料为高性能负极材料可用于离子电池中。

本发明采用的技术方案为：

一种MXene/金属化合物复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将前驱体MAX相材料、路易斯酸熔融盐以及无机盐研磨混合，在管式炉中高温下反应完成后，除去未反应的路易斯酸熔融盐和无机盐，干燥获得 MXene/金属复合材料。

(2)将步骤(1)制备得到的MXene/金属复合材料与硫化、磷化、硒化或碲化所需的试剂在管式炉中加热，发生反应制备得到MXene/金属化合物复合材料。