[发明专利]一种具有高体积比电容的MXene膜的快速制备方法

说明书

一种具有高体积比电容的MXene膜的快速制备方法，属于MXene材料制备领域，具体方案如下：一种具有高体积比电容的MXene膜的快速制备方法，包括以下步骤：在MXene分散液中加入碱性化合物的水溶液，混合均匀得到混合液A，然后将混合液A真空抽滤得到滤饼，将滤饼干燥得到具有高体积比电容的MXene膜。本发明克服了传统MXene膜制备过程中效率低下及存在F^‑的难题，本发明所制备的MXene膜具有优异的电化学性能且仍然保持了优异导电性、电磁屏蔽性能。另外，本发明制备方法成本低，可操作性极强，可以大规模工业化生产。

技术领域

本发明属于MXene材料制备领域，具体涉及一种具有高体积比电容的MXene膜的快速制备方法。

背景技术

MXene是一类新型的二维过渡金属碳化物/氮化物或者碳氮化物，可以用通式M_n+1X_nT_x来表示，其中M代表过渡金属，X代表C或N，T_x则代表MXene官能团(-OH、＝O和-F)，MXene一般是通过选择性刻蚀法刻蚀其前驱体MAX相中的A而得到的，A表示Al、Si等。由于MXene表面的含氧官能团的存在，MXene与水形成的分散液呈负电性。通过抽滤得到的MXene膜具有优异导电性，从而使其在电化学储能、电磁屏蔽等领域展现出极大的应用前景。FaisalShahzad等人抽滤制备MXene膜，其导电性为4600S/cm，45μm厚的MXene薄膜电磁干扰屏蔽效应可达到92dB，电磁屏蔽性能是人工合成材料(纯MXene膜)的最高值(Science 353.6304(2016):1137-1140)。但是抽滤过程耗时耗能，如果其分散液浓度特别低，得到一定厚度的膜，难度将大大提高。而且，MXene分散液容易被氧化，过长的抽滤时间也容易引起MXene本身优异性能的降低。而且通过抽滤得到的MXene膜带有F^-，孔隙特别不发达且易团聚，极大限制了其在电化学领域的相关应用。通常，人们通过膜中间引入一些纳米材料如碳纳米管，石墨烯解决上述缺陷，增加层间距，抑制团聚，展现出比较好的性能，但是这些材料加进去以后MXene膜本身的高密度被破坏，此外，碳纳米管是双电层材料，加的太多导致MXene的赝电容占的比例下降，最终导致比电容下降。

发明内容

本发明的目的是为了克服传统制备MXene膜的过程费时费能，效率低下，所制备MXene膜含F^-多以及孔隙特别不发达且易团聚的缺点，本发明提供一种具有高体积比电容的MXene膜的快速制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种具有高体积比电容的MXene膜的快速制备方法，在MXene分散液中加入碱性化合物的水溶液，混合均匀得到混合液A，然后将混合液A真空抽滤得到滤饼，将滤饼干燥得到具有高体积比电容的MXene膜。

进一步的，将滤饼20-80℃干燥1-10h得到具有高体积比电容的MXene膜。

进一步的，所述MXene分散液的浓度为0.01-20mg/mL，所述碱性化合物的水溶液的浓度为0.01mol/L-10mol/L，碱性化合物的水溶液与MXene分散液的体积比为0.01-100：1。

进一步的，所述碱性化合物包括碱和/或强碱弱酸盐。

进一步的，所述碱包括氢氧化钾、氢氧化钡、氨水、氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钙、四丁基氢氧化铵中的一种或多种的组合；所述强碱弱酸盐包括碳酸钠、碳酸氢钠、乙酸钠、磷酸钠、碳酸钾、碳酸氢钾、乙酸钾、磷酸钾中的一种或多种的组合；

进一步的，所述MXene分散液的制备方法包括以下步骤：

步骤1：将氟化锂分散于盐酸中，并用磁力搅拌器以200-2400rpm在25-60℃下充分搅拌1-10min得到混合液B；