氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料及其制備和應(yīng)用
【專利摘要】氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料及其制備和應(yīng)用，采用二維層狀碳化鈦Ti3C2與不同溶度的尿素水溶液水熱的方法合成，得到一種高氮含量的棒狀氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料，該復(fù)合材料棒狀氧化鈦分布在片層表面和片層之間，其氮含量占原子總量百分?jǐn)?shù)的10?35％，不僅提高了材料的比表面積，而且高的氮含量大大增加了納米復(fù)合材料的導(dǎo)電性和潤(rùn)濕性，因此將該材料和導(dǎo)電碳黑加在配置好的粘稠液中，最終制得電極材料；本發(fā)明具有制備工藝簡(jiǎn)單，可控，成本低，氮摻雜含量高，得到的氧化鈦形貌新穎等特點(diǎn)。
【專利說明】
氮摻雜棒狀的氧化鈦/ 二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料及其制備和應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于納米功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域以及電化學(xué)儲(chǔ)能材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一步法制備氮摻雜棒狀二氧化鈦/ 二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料。
【背景技術(shù)】
[0002]二維層狀碳化鈦(MXene)是利用Ti3AlC2層間作用力的差異，通過一定的方法將Al層腐蝕而得到。由于其獨(dú)特的類石墨烯結(jié)構(gòu)，較大的比表面積，良好的導(dǎo)電性等，使得其在吸附、光催化、生物傳感器、鋰離子電池、超級(jí)電容器等方面得到了廣泛的應(yīng)用。特別是在超級(jí)電容器方面，與其他電極材料相比，具有優(yōu)異的比容量和穩(wěn)定性。2011年，Wu等人通過將石墨稀在冊(cè)3氣氛下熱處理，得到N-graphene,實(shí)驗(yàn)表明處理之后的N-graphene有高的電容和超高的速率性能。2015年，Rakhi等人通過將Ti2C-MXene在N2/H2氣氛中熱處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明處理之后的Ti2C-MXene的電化學(xué)性能比處理之前有很大的提升。
[0003]納米二氧化鈦具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、無毒性等，被廣泛應(yīng)用于光催化觸媒、鋰電池等中。但是由于T12的導(dǎo)電性較差，從而限制了其在電化學(xué)方面的應(yīng)用。2012年，Lai等人通過將苯胺和T1SO4溶液在150 °C水熱處理6h得到了 C/N_Ti02，實(shí)驗(yàn)表明C/N-Ti〇2在鋰離子電池中表現(xiàn)出了優(yōu)良的電化學(xué)性能。2014年，Li等人通過將Ti02/graphene與尿素在Ar氣氛下煅燒，從而得到N-TifVN-graphene納米復(fù)合材料，實(shí)驗(yàn)表明其在鋰離子電池中表現(xiàn)出了高的比容量和速率性能。而且大量研究表明氮摻雜的氧化鈦可以提高氧化鈦的導(dǎo)電性、潤(rùn)濕性、以及增加其贗電容的活性位點(diǎn)。從而大大提高其電化學(xué)性能。
[0004]目前氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料還未有氮摻雜納米復(fù)合材料的報(bào)道，而且一般氮摻雜方式(如:氣氛處理、煅燒)大多采用兩步而且氮摻雜含量較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料及其制備和應(yīng)用，通過一步法制備氮摻雜棒狀氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料，并將其應(yīng)用在電化學(xué)電容器上;該制備方法具有制備工藝簡(jiǎn)單，氮摻雜含量尚，氧化欽形貌新穎等特點(diǎn)。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007]氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料，棒狀氧化鈦分布在片層表面和片層之間，其氮含量占原子總量百分?jǐn)?shù)的10-35%。
[0008]氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料的制備方法，包括以下步驟:
[0009]步驟一，取Ti3C2粉體50-100mg與50mL尿素水溶液攪拌混合0.5_12h，尿素水溶液中尿素:水的質(zhì)量比為1:(0.5-50);
[0010]步驟二，將步驟一所得的溶液放入水熱釜中，在160°C —200°C下水熱12-24h，然后將反應(yīng)后的粉體用去離子水和無水乙醇清洗數(shù)次，再放入40°C的真空烘箱中干燥，即得到活性材料一氮摻雜棒狀的氧化鈦/ 二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料。
[0011 ]氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料的應(yīng)用，包括以下步驟:
[0012]步驟一，稱取Img的PVDF粉末并分散在盛有320yL-480yLNMP溶劑的玻璃瓶中，低速磁力攪拌20min-40min至透明粘稠狀；
[0013]步驟二，將制備得到的活性材料一氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料和導(dǎo)電碳黑加到步驟一中的粘稠液中，其中活性材料:導(dǎo)電炭黑:PVDF的質(zhì)量比為(80-90): (5-15): (5-10)，攪拌lh-6h形成略帶粘稠的漿料，然后，量取所述漿料70yL均勻的滴到面積為Icm2的泡沫鎳上，放入真空烘箱中于120°C下烘干12h得到干燥后的電極，然后在20MPa壓制處理下保壓lmin，即得到氮摻雜棒狀氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料電極。
[0014]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明通過將Ti3C2與不同濃度的尿素水溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，從而得到一種高氮含量的棒狀氧化鈦/ 二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料，具有制備工藝簡(jiǎn)單，可控，得到的氧化鈦形貌新穎等特點(diǎn)。大量的棒狀氧化鈦分布在片層表面和片層之間，不僅提高了材料的比表面積，而且高的氮含量大大增加了納米復(fù)合材料的導(dǎo)電性和潤(rùn)濕性。以氮摻雜棒狀的氧化鈦/ 二維層狀碳化鈦電極作為工作電極，鉑片電極為對(duì)電極，銀氯化銀為參比電極，在6mol/L的KOH電解液下，采用CHI660E電化學(xué)工作站進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，如線性循環(huán)伏安曲線、恒電流充放電、交流阻抗，具有高的比容量、良好的速率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0015]圖1為實(shí)施例一氮摻雜的棒狀氧化鈦/二維納米碳化鈦復(fù)合材料的SEM圖；其中圖1A為示意圖，圖1B為局部放大圖。
[0016]圖2為實(shí)施例一氮摻雜的棒狀氧化鈦/二維納米碳化鈦復(fù)合材料的EDS圖。
[0017]圖3為實(shí)施例一氮摻雜的棒狀氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料以及二維層狀碳化鈦的容量隨掃描速率(5mV JT1-1OOmV s—O的變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0019]實(shí)施例一
[0020]本實(shí)施例的氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料，棒狀氧化鈦分布在片層表面和片層之間，其氮含量占原子總量百分?jǐn)?shù)的33.48%。
[0021]氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料的制備方法，包括以下步驟:
[0022I 步驟一，取Ti3C2粉體50mg與50mL尿素水溶液攪拌混合0.5h，尿素水溶液中尿素:水的質(zhì)量比為1:0.5;
[0023]步驟二，將步驟一種所得的溶液放入水熱釜中，在180°C下水熱12h，然后將反應(yīng)后的粉體用去離子水和無水乙醇清洗數(shù)次，再放入40°C的真空烘箱中干燥，即得到活性材料一氮摻雜棒狀的氧化鈦/ 二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料。
[0024]先按照專利ZL201310497696.9的方法制備三元層狀Ti3AlC2陶瓷粉體，再按照專利201410812056.7的方法合成二維層狀Ti3C2納米材料，具體為:(I)利用高能球磨細(xì)化純度大于97%的三元層狀Ti3AlC2陶瓷粉體，球磨條件:球石，混料及球磨介質(zhì)(無水乙醇)的質(zhì)量比為10:1:1，球磨轉(zhuǎn)速為400r/min，高能球磨時(shí)間為4h，然后將所得固液混料在50°C下烘干，得到粒徑約為8μπι的Ti3A1C2陶瓷粉體；(2)所得Ti3AIC2陶瓷粉體浸沒在HF酸溶液中，其中5gTi3AlC2粉體浸沒在10mL質(zhì)量濃度40wt%HF酸溶液中反應(yīng)24h;磁力攪拌，對(duì)三元層狀Ti3AlC2粉體進(jìn)行腐蝕處理后，用去離子水離心清洗至pH為5?6，將所得固體樣品室溫干燥，得到二維層狀Ti3C2納米材料。
[0025]氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料的應(yīng)用，包括以下步驟:
[0026]步驟一，稱取Img的PVDF粉末并分散在盛有320yL匪P溶劑的玻璃瓶中，低速磁力攪拌30min至透明粘稠狀；
[0027]步驟二，將制備得到活性材料一氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料和導(dǎo)電碳黑加到步驟一中的粘稠液中，其中活性材料:導(dǎo)電炭黑:PVDF的質(zhì)量比為85:10:5，攪拌6h形成略帶粘稠的漿料，然后，量取所述漿料70yL均勻的滴到面積為Icm2的泡沫鎳上，放入真空烘箱中于120°C下烘干12h得到干燥后的電極，然后在20MPa壓制處理下保壓Imin，即得到氮摻雜棒狀氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料電極;最后，以氮摻雜棒狀的氧化鈦/ 二維層狀碳化鈦電極作為工作電極，鉑片電極為對(duì)電極，銀氯化銀為參比電極，在6M的KOH電解液下，采用CHI660E電化學(xué)工作站進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，如線性循環(huán)伏安曲線、恒電流充放電、交流阻抗。
[0028]參照?qǐng)D1，可以看出得到的產(chǎn)物為棒狀氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料
[0029]參照?qǐng)D2，可以看出得到的產(chǎn)物的N含量為33.48%。
[0030]參照?qǐng)D3，為氮摻雜的棒狀氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料以及二維層狀碳化鈦的容量隨掃描速率(5mV JT1-1OOmV s—O的變化曲線，說明在相同掃描速率下，比容量相對(duì)于慘氣肖LI有明顯的提尚。
[0031]實(shí)施例二
[0032]本實(shí)施例的氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料，棒狀氧化鈦分布在片層表面和片層之間，其氮含量占原子總量百分?jǐn)?shù)的約25%。
[0033]氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料的制備方法，包括以下步驟:
[0034I 步驟一，取Ti3C2粉體50mg與50mL尿素水溶液攪拌混合2h，尿素水溶液中尿素:水的質(zhì)量比為1:1;
[0035]步驟二，將步驟一種所得的溶液放入水熱釜中，在160°C下水熱12h，然后將反應(yīng)后的粉體用去離子水和無水乙醇清洗數(shù)次，再放入40°C的真空烘箱中干燥，即得到活性材料一氮摻雜棒狀的氧化鈦/ 二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料。
[0036]先按照專利ZL201310497696.9的方法制備三元層狀Ti3AlC2陶瓷粉體，再按照專利201410812056.7的方法合成二維層狀Ti3C2納米材料，具體為:(I)利用高能球磨細(xì)化純度大于97%的三元層狀Ti3AlC2陶瓷粉體，球磨條件:球石，混料及球磨介質(zhì)(無水乙醇)的質(zhì)量比為10:1:1，球磨轉(zhuǎn)速為400r/min，高能球磨時(shí)間為4h，然后將所得固液混料在50°C下烘干，得到粒徑約為8μπι的Ti3A1C2陶瓷粉體；(2)所得Ti3AIC2陶瓷粉體浸沒在HF酸溶液中，其中5gTi3AlC2粉體浸沒在10mL質(zhì)量濃度40wt%HF酸溶液中反應(yīng)24h;磁力攪拌，對(duì)三元層狀Ti3AlC2粉體進(jìn)行腐蝕處理后，用去離子水離心清洗至pH為5?6，將所得固體樣品室溫干燥，得到二維層狀Ti3C2納米材料。
[0037]氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料的應(yīng)用，包括以下步驟:
[0038]步驟一，稱取Img的PVDF粉末并分散在盛有400yL匪P溶劑的玻璃瓶中，低速磁力攪拌40min至透明粘稠狀；
[0039]步驟二，將制備得到活性材料一氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料和導(dǎo)電碳黑加到步驟一中的粘稠液中，其中活性材料:導(dǎo)電炭黑:PVDF的質(zhì)量比為80:15:5，攪拌3h形成略帶粘稠的漿料，然后，量取所述漿料70yL均勻的滴到面積為Icm2的泡沫鎳上，放入真空烘箱中于120°C下烘干12h得到干燥后的電極，然后在20MPa壓制處理下保壓Imin，即得到氮摻雜棒狀氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料電極;最后，以氮摻雜棒狀的氧化鈦/ 二維層狀碳化鈦電極作為工作電極，鉑片電極為對(duì)電極，銀氯化銀為參比電極，在6M的KOH電解液下，采用CHI660E電化學(xué)工作站進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，如線性循環(huán)伏安曲線、恒電流充放電、交流阻抗。
[0040]實(shí)施例三
[0041 ]本實(shí)施例的氮摻雜棒狀的氧化鈦/ 二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料，棒狀氧化鈦分布在片層表面和片層之間，其氮含量占原子總量百分?jǐn)?shù)的22%。
[0042]氮摻雜棒狀的氧化鈦/ 二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料的制備方法，包括以下步驟:
[0043I 步驟一，取Ti3C2粉體50mg與50mL尿素水溶液攪拌混合4h，尿素水溶液中尿素:水的質(zhì)量比為1:2;
[0044]步驟二，將步驟一種所得的溶液放入水熱釜中，在200°C下水熱12h，然后將反應(yīng)后的粉體用去離子水和無水乙醇清洗數(shù)次，再放入40°C的真空烘箱中干燥，即得到活性材料一氮摻雜棒狀的氧化鈦/ 二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料。
[0045]先按照專利ZL201310497696.9的方法制備三元層狀Ti3AlC2陶瓷粉體，再按照專利201410812056.7的方法合成二維層狀Ti3C2納米材料，具體為:(I)利用高能球磨細(xì)化純度大于97%的三元層狀Ti3AlC2陶瓷粉體，球磨條件:球石，混料及球磨介質(zhì)(無水乙醇)的質(zhì)量比為10:1:1，球磨轉(zhuǎn)速為400r/min，高能球磨時(shí)間為4h，然后將所得固液混料在50°C下烘干，得到粒徑約為8μπι的Ti3A1C2陶瓷粉體；(2)所得Ti3AIC2陶瓷粉體浸沒在HF酸溶液中，其中5gTi3AlC2粉體浸沒在10mL質(zhì)量濃度40wt%HF酸溶液中反應(yīng)24h;磁力攪拌，對(duì)三元層狀Ti3AlC2粉體進(jìn)行腐蝕處理后，用去離子水離心清洗至pH為5?6，將所得固體樣品室溫干燥，得到二維層狀Ti3C2納米材料。
[0046]氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料的應(yīng)用，包括以下步驟:
[0047]步驟一，稱取Img的PVDF粉末并分散在盛有480yL匪P溶劑的玻璃瓶中，低速磁力攪拌20min至透明粘稠狀；
[0048]步驟二，將制備得到的活性材料一氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料和導(dǎo)電碳黑加到步驟一中的粘稠液中，其中活性材料:導(dǎo)電炭黑:PVDF的質(zhì)量比為90:5: 5，攪拌2h形成略帶粘稠的漿料，然后，量取所述漿料70yL均勻的滴到面積為Icm2的泡沫鎳上，放入真空烘箱中于120°C下烘干12h得到干燥后的電極，然后在20MPa壓制處理下保壓lmin，即得到氮摻雜棒狀氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料電極。最后，以氮摻雜棒狀的氧化鈦/ 二維層狀碳化鈦電極作為工作電極，鉑片電極為對(duì)電極，銀氯化銀為參比電極，在6M的KOH電解液下，采用CHI660E電化學(xué)工作站進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，如線性循環(huán)伏安曲線、恒電流充放電、交流阻抗。
[0049]實(shí)施例四
[0050]本實(shí)施例的氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料，棒狀氧化鈦分布在片層表面和片層之間，其氮含量占原子總量百分?jǐn)?shù)的18%。
[0051]氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料的制備方法，包括以下步驟:
[°°52] 步驟一，取Ti3C2粉體10011^與501111^尿素水溶液攪拌混合611，尿素水溶液中尿素:水的質(zhì)量比為1:5;
[0053]步驟二，將步驟一種所得的溶液放入水熱釜中，在180°C下水熱24h，然后將反應(yīng)后的粉體用去離子水和無水乙醇清洗數(shù)次，再放入40°C的真空烘箱中干燥，即得到活性材料一氮摻雜棒狀的氧化鈦/ 二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料。
[0054]先按照專利ZL201310497696.9的方法制備三元層狀Ti3AlC2陶瓷粉體，再按照專利201410812056.7的方法合成二維層狀Ti3C2納米材料，具體為:(I)利用高能球磨細(xì)化純度大于97%的三元層狀Ti3AlC2陶瓷粉體，球磨條件:球石，混料及球磨介質(zhì)(無水乙醇)的質(zhì)量比為10:1:1，球磨轉(zhuǎn)速為400r/min，高能球磨時(shí)間為4h，然后將所得固液混料在50°C下烘干，得到粒徑約為8μπι的Ti3A1C2陶瓷粉體；(2)所得Ti3AIC2陶瓷粉體浸沒在HF酸溶液中，其中5gTi3AlC2粉體浸沒在10mL質(zhì)量濃度40wt%HF酸溶液中反應(yīng)24h;磁力攪拌，對(duì)三元層狀Ti3AlC2粉體進(jìn)行腐蝕處理后，用去離子水離心清洗至pH為5?6，將所得固體樣品室溫干燥，得到二維層狀Ti3C2納米材料。
[0055]氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料的應(yīng)用，包括以下步驟:
[0056]步驟一，稱取Img的PVDF粉末并分散在盛有320yL匪P溶劑的玻璃瓶中，低速磁力攪拌30min至透明粘稠狀；
[0057]步驟二，將制備得到的活性材料一氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料和導(dǎo)電碳黑加到步驟一中的粘稠液中，其中活性材料:導(dǎo)電炭黑:PVDF的質(zhì)量比為85:10:5,攪拌Ih形成略帶粘稠的漿料，然后，量取所述漿料70yL均勻的滴到面積為Icm2的泡沫鎳上，放入真空烘箱中于120 °C下烘干12h得到干燥后的電極，然后在20MPa壓制處理下保壓lmin，即得到氮摻雜棒狀氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料電極。最后，以氮摻雜棒狀的氧化鈦/ 二維層狀碳化鈦電極作為工作電極，鉑片電極為對(duì)電極，銀氯化銀為參比電極，在6M的KOH電解液下，采用CHI660E電化學(xué)工作站進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，如線性循環(huán)伏安曲線、恒電流充放電、交流阻抗。
[0058]實(shí)施例五
[0059]本實(shí)施例的氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料，棒狀氧化鈦分布在片層表面和片層之間，其氮含量占原子總量百分?jǐn)?shù)的13%。
[0060]氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料的制備方法，包括以下步驟:
[0061 ] 步驟一，取Ti3C2粉體10011^與501111^尿素水溶液攪拌混合811，尿素水溶液中尿素:水的質(zhì)量比為1:10;
[0062]步驟二，將步驟一種所得的溶液放入水熱釜中，在160°C下水熱24h，然后將反應(yīng)后的粉體用去離子水和無水乙醇清洗數(shù)次，再放入40°C的真空烘箱中干燥，即得到活性材料一氮摻雜棒狀的氧化鈦/ 二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料。
[0063]先按照專利ZL201310497696.9的方法制備三元層狀Ti3AlC2陶瓷粉體，再按照專利201410812056.7的方法合成二維層狀Ti3C2納米材料，具體為:(I)利用高能球磨細(xì)化純度大于97%的三元層狀Ti3AlC2陶瓷粉體，球磨條件:球石，混料及球磨介質(zhì)(無水乙醇)的質(zhì)量比為10:1:1，球磨轉(zhuǎn)速為400r/min，高能球磨時(shí)間為4h，然后將所得固液混料在50°C下烘干，得到粒徑約為8μπι的Ti3A1C2陶瓷粉體；(2)所得Ti3AIC2陶瓷粉體浸沒在HF酸溶液中，其中5gTi3AlC2粉體浸沒在10mL質(zhì)量濃度40wt%HF酸溶液中反應(yīng)24h;磁力攪拌，對(duì)三元層狀Ti3AlC2粉體進(jìn)行腐蝕處理后，用去離子水離心清洗至pH為5?6，將所得固體樣品室溫干燥，得到二維層狀Ti3C2納米材料。
[0064]氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料的應(yīng)用，包括以下步驟:
[0065]步驟一，稱取Img的PVDF粉末并分散在盛有400yL匪P溶劑的玻璃瓶中，低速磁力攪拌40min至透明粘稠狀；
[0066]步驟二，將制備得到的活性材料一氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料和導(dǎo)電碳黑加到步驟一中的粘稠液中，其中活性材料:導(dǎo)電炭黑:PVDF的質(zhì)量比為80:15:5,攪拌6h形成略帶粘稠的漿料，然后，量取所述漿料70yL均勻的滴到面積為Icm2的泡沫鎳上，放入真空烘箱中于120 °C下烘干12h得到干燥后的電極，然后在20MPa壓制處理下保壓Imin，即得到氮摻雜棒狀氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料電極;最后，以氮摻雜棒狀的氧化鈦/ 二維層狀碳化鈦電極作為工作電極，鉑片電極為對(duì)電極，銀氯化銀為參比電極，在6M的KOH電解液下，采用CHI660E電化學(xué)工作站進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，如線性循環(huán)伏安曲線、恒電流充放電、交流阻抗。
[0067]實(shí)施例六
[0068]本實(shí)施例的氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料，棒狀氧化鈦分布在片層表面和片層之間，其氮含量占原子總量百分?jǐn)?shù)的10%。
[0069]氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料的制備方法，包括以下步驟:
[ΟΟΤ?] 步驟一，取Ti3C2粉體10mg與50mL尿素水溶液攪拌混合12h，尿素水溶液中尿素:水的質(zhì)量比為1:50;
[0071 ]步驟二，將步驟一種所得的溶液放入水熱釜中，在200°C下水熱24h，然后將反應(yīng)后的粉體用去離子水和無水乙醇清洗數(shù)次，再放入40°C的真空烘箱中干燥，即得到活性材料一氮摻雜棒狀的氧化鈦/ 二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料。
[0072]先按照專利ZL201310497696.9的方法先備三元層狀Ti3AlC2陶瓷粉體，再按照專利201410812056.7的方法合成二維層狀Ti3C2納米材料，具體為:(I)利用高能球磨細(xì)化純度大于97%的三元層狀Ti3AlC2陶瓷粉體，球磨條件:球石，混料及球磨介質(zhì)(無水乙醇)的質(zhì)量比為10:1:1，球磨轉(zhuǎn)速為400r/min，高能球磨時(shí)間為4h，然后將所得固液混料在50°C下烘干，得到粒徑約為8μπι的Ti3A1C2陶瓷粉體；(2)所得Ti3AIC2陶瓷粉體浸沒在HF酸溶液中，其中5gTi3AlC2粉體浸沒在10mL質(zhì)量濃度40wt%HF酸溶液中反應(yīng)24h;磁力攪拌，對(duì)三元層狀Ti3AlC2粉體進(jìn)行腐蝕處理后，用去離子水離心清洗至pH為5?6，將所得固體樣品室溫干燥，得到二維層狀Ti3C2納米材料。
[0073]氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料的應(yīng)用，包括以下步驟:
[0074]步驟一，稱取Img的PVDF粉末并分散在盛有480yL匪P溶劑的玻璃瓶中，低速磁力攪拌20min至透明粘稠狀；
[0075]步驟二，將制備得到活性材料一氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料和導(dǎo)電碳黑加到步驟一中的粘稠液中，其中活性材料:導(dǎo)電炭黑:PVDF的質(zhì)量比為90:5: 5，攪拌4h形成略帶粘稠的漿料，然后，量取所述漿料70yL均勻的滴到面積為Icm2的泡沫鎳上，放入真空烘箱中于120°C下烘干12h得到干燥后的電極，然后在20MPa壓制處理下保壓Imin，即得到氮摻雜棒狀氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料電極;最后，以氮摻雜棒狀的氧化鈦/ 二維層狀碳化鈦電極作為工作電極，鉑片電極為對(duì)電極，銀氯化銀為參比電極，在6M的KOH電解液下，采用CHI660E電化學(xué)工作站進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，如線性循環(huán)伏安曲線、恒電流充放電、交流阻抗。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料，其特征在于，棒狀氧化鈦分布在片層表面和片層之間，其氮含量占原子總量百分?jǐn)?shù)的10-35%。2.基于權(quán)利要求1所述的氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一，取Ti3C2粉體50-100mg與50mL尿素水溶液攪拌混合0.5-12h，尿素水溶液中尿素:水的質(zhì)量比為1:(0.5-50); 步驟二，將步驟一所得的溶液放入水熱釜中，在160 °C —200 °C下水熱12-24h，然后將反應(yīng)后的粉體用去離子水和無水乙醇清洗數(shù)次，再放入40°C的真空烘箱中干燥，即得到活性材料一氮摻雜棒狀的氧化鈦/ 二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料。3.基于權(quán)利要求1或2所述的氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料的應(yīng)用，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一，稱取Img的PVDF粉末并分散在盛有320yL-480yLNMP溶劑的玻璃瓶中，低速磁力攪拌20min-40min至透明粘稠狀； 步驟二，將制備得到的活性材料一氮摻雜棒狀的氧化鈦/ 二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料和導(dǎo)電碳黑加到步驟一中的粘稠液中，其中活性材料:導(dǎo)電炭黑:PVDF的質(zhì)量比為(80-.90): (5-15): (5-10)，攪拌lh-6h形成略帶粘稠的漿料，然后，量取所述漿料70yL均勻的滴到面積為Icm2的泡沫鎳上，放入真空烘箱中于120°C下烘干12h得到干燥后的電極，然后在.20MPa壓制處理下保壓lmin，即得到氮摻雜棒狀氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料電極。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料，其特征在于， 棒狀氧化鈦分布在片層表面和片層之間，其氮含量占原子總量百分?jǐn)?shù)的33.48%。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一，取Ti3C2粉體50mg與50mL尿素水溶液攪拌混合0.5h，尿素水溶液中尿素:水的質(zhì)量比為1:0.5; 步驟二，將步驟一所得的溶液放入水熱釜中，在180°C下水熱12h，然后將反應(yīng)后的粉體用去離子水和無水乙醇清洗數(shù)次，再放入40°C的真空烘箱中干燥，即得到活性材料一氮摻雜棒狀的氧化鈦/ 二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氮摻雜棒狀的氧化鈦/二維層狀碳化鈦納米復(fù)合電極材料的應(yīng)用，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一，稱取Img的PVDF粉末并分散在盛有320yL NMP溶劑的玻璃瓶中，低速磁力攪拌.30min至透明粘稠狀； 步驟二，將制備得到的活性材料一氮摻雜棒狀的氧化鈦/ 二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料和導(dǎo)電碳黑加到步驟一中的粘稠液中，其中活性材料:導(dǎo)電炭黑:PVDF的質(zhì)量比為85:10:.5，攪拌6h形成略帶粘稠的漿料，然后，量取所述漿料70yL均勻的滴到面積為Icm2的泡沫鎳上，放入真空烘箱中于120°C下烘干12h得到干燥后的電極，然后在20MPa壓制處理下保壓lmin，即得到氮摻雜棒狀氧化鈦/ 二維層狀碳化鈦納米復(fù)合材料電極。
【文檔編號(hào)】B82Y30/00GK106024416SQ201610378914
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月31日
【發(fā)明人】朱建鋒, 趙倩楠, 湯祎, 李學(xué)林, 趙婷, 王芬, 牛冬娟
【申請(qǐng)人】陜西科技大學(xué)