一种Nb2CTxMXene衍生MxNb2O6/C纳米片的制备方法

本发明涉及二维材料制备及储能领域，具体涉及一种nb2ctx mxene衍生mxnb2o6/c纳米片的制备方法。

背景技术：

1、近年来，随着新兴电器设备的出现及人民生活水平的提高，传统锂离子电池由于其能量密度及功率密度低，已无法满足大功率电器设备的使用。而与其充放电机理相近的且能量密度大，电极材料成本低、来源广，且低污染的锂硫电池极有希望成为下一代二次电池。

2、然而，在锂硫电池充放电过程中，多硫化物的“穿梭效应”及其低的催化转化效率成为锂硫电池在实际使用过程中，容量衰减快，大电流充放电稳定性差的重要限制因素。目前已有的解决方案主要是从正极活性物质及载体优化、隔膜功能化及新型隔膜开发、电解液体系调控等方面进行优化。其中，通过对隔膜表面进行修饰，从而使隔膜功能化不仅操作简单、成本低，还能在电池充放电过程中有效阻碍多硫化物穿梭，并促进其催化转化，提高电池充放电效率。

3、通过调查发现，目前针对上述问题的隔膜改性多采用石墨烯、黑磷(bp)、二维过渡金属碳(氮)化物(mxene)等具有特殊微观结构的纳米材料对多硫化物进行吸附固硫以抑制多硫化物在充放电过程中的“穿梭效应”。此外，还有部分研究人员采用含fe、co、ni元素的氧化物、硫化物、磷化物等作为正极载体，促进多硫化物的催化转化效率，但此类化合物比表面积大多较小，且导电性差，若将上述材料结合，合理设计其微观结构，协同增效，有望获得高性能li-s电池正极载体或隔膜改性材料。近年来，该领域逐渐受到部分研究者的关注，但目前复合材料的制备方法多采用物理混合或水热/溶剂热原位生长法，前者制备工艺繁琐，材料界面结合力较差，后者所制备的材料产率较低，尺寸和形貌调控工艺复杂。

4、mxene(全称：过渡金属碳(氮)化物)是一类新型二维纳米材料，其具有大的比表面积、优异的导电性及表面丰富可调的官能团能等，在多个领域引起了研究人员的浓厚兴趣，但由于其结构稳定性差、易氧化等缺点限制了其在实际中的应用。

5、因此，本领域技术人员亟需提供一种nb2ctx mxene衍生mxnb2o6/c纳米片的制备方法，以nb2ctx mxene作为前驱体，通过合理控制氧化性金属盐溶液的浓度、添加量、溶解搅拌时间、及对nb2ctx的氧化时间、抗坏血酸的添加量及搅拌时间等工艺条件，使nb2ctx发生缓慢氧化，以获得mxnb2o6/c纳米片前驱体，之后将其通过特定条件的热处理最终获得mxnb2o6/c纳米片；制备工艺简单易操作、反应条件温和、微观形貌均匀且可控，所制备的mxnb2o6/c纳米片比表面积较大、具有丰富的活性位点、导电性较好、形貌均匀，可用于电池隔膜表面改性材料、碱金属电池材料、超级电容器材料、吸附材料以及纳米催化材料等领域中。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种nb2ctx mxene衍生mxnb2o6/c纳米片的制备方法，以nb2ctx mxene作为前驱体，通过合理控制氧化性金属盐溶液的浓度、添加量、溶解搅拌时间、及对nb2ctx的氧化时间、抗坏血酸的添加量及搅拌时间等工艺条件，使nb2ctx发生缓慢氧化，以获得mxnb2o6/c纳米片前驱体，之后将其通过特定条件的热处理最终获得mxnb2o6/c纳米片；制备工艺简单易操作、反应条件温和、微观形貌均匀且可控，所制备的mxnb2o6/c纳米片比表面积较大、具有丰富的活性位点、导电性较好、形貌均匀，可用于电池隔膜表面改性材料、碱金属电池材料、超级电容器材料、吸附材料以及纳米催化材料等领域中。

2、本发明提供了一种nb2ctx mxene衍生mxnb2o6/c纳米片的制备方法，包括以下步骤：

3、s1，配制预设浓度的氧化性可溶金属盐溶液，在特定时间内按体积比6:40将氧化性可溶金属盐溶液加入至预设浓度的单/少层nb2ctx mxene悬浮液中，接着在室温下搅拌一定时间，使所述氧化性可溶金属盐溶液中的氧化性金属离子/基团对所述单/少层nb2ctxmxene悬浮液中的单/少层nb2ctx纳米片进行氧化，获得mxnb2o6/c纳米片前驱体悬浮液；

4、s2，将步骤s1中得到的所述mxnb2o6/c纳米片前驱体悬浮液中立即加入预设体积及浓度的还原剂溶液，从而抑制氧化性金属离子/基团对单/少层nb2ctx纳米片的继续氧化，搅拌一定时间后通过离心收集底部沉淀，冷冻干燥后得到mxnb2o6/c纳米片前驱体粉末；

5、s3，将步骤s2中得到的mxnb2o6/c纳米片前驱体粉末在预设气氛中进行特定温度及时间的热处理，最终获得mxnb2o6/c纳米片粉末。

6、优选的，所述步骤s1中，所述氧化性可溶金属盐溶液为氧化性金属离子盐溶液或氧化性金属基团盐溶液；所述氧化性金属离子盐溶液中的可溶金属盐为硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁、硫酸钴、氯化钴、硝酸钴、硫酸镍、氯化镍、硝酸镍、硫酸铁、氯化铁、硝酸铁中的任意一种；所述氧化性金属基团盐溶液中的可溶金属盐为高锰酸钾、锰酸钾、重铬酸钾、铬酸钾、钒酸钾中的任意一种。

7、优选的，所述步骤s1中，所述氧化性可溶金属盐溶液的溶剂为去离子水，所述氧化性可溶金属盐溶液的浓度为0.1～1mol/l，体积为6ml。

8、优选的，所述步骤s1中，单/少层nb2ctx mxene悬浮液的浓度≤5mg/ml，体积为40ml。

9、优选的，所述步骤s1中，在30min内按体积比6:40将氧化性可溶金属盐溶液加入至预设浓度的单/少层nb2ctx mxene悬浮液中。

10、优选的，所述步骤s1中，室温下搅拌时间为10min～6h。

11、优选的，所述步骤s2中，还原剂溶液为抗坏血酸的水溶液。

12、优选的，所述步骤s2中，所述还原剂溶液的体积为5ml，浓度为1～5mg/ml，搅拌时间为5～10min。

13、优选的，所述步骤s3中，预设气氛为氩气或氮气中的一种。

14、优选的，所述步骤s3中，热处理过程中的升温速度为1～5℃/min，保温温度为400～500℃，保温时间为2～6h。

15、本发明提供的nb2ctxmxene衍生mxnb2o6/c纳米片的制备方法，具有以下优点：

16、1、本发明通过合理控制氧化性金属离子/基团的浓度、添加量、溶解搅拌时间、及对nb2ctx的氧化时间，抗坏血酸的添加量及搅拌时间等工艺条件，使nb2ctx发生缓慢氧化，以获得mxnb2o6/c纳米片前驱体，之后将其通过特定条件的热处理最终获得mxnb2o6/c纳米片；

17、2、本发明以mxene为前驱体将其转变为氧化物/c二维结构复合材料，不仅可以保持mxene原有的微观结构及导电性能，还可以改善其稳定性；除此之外，衍生后所得的氧化物还可能赋予该复合材料特殊的催化性能。本发明以nb2ctx作为前驱体，以氧化性可溶金属盐溶液为氧化剂溶液在nb2ctx表面原位诱导形成mxnb2o6/c纳米片前驱体，并通过直接退火获得mxnb2o6/c纳米片，不仅制备工艺简单易操作、反应条件温和、微观形貌均匀且可控，此外，mxnb2o6对多硫化锂具有双化学位点吸附，并且双金属氧化物相对于传统单金属氧化物在催化等方面更加具有优势；

18、3、本发明以nb2ctx作为铌源，相对于传统铌盐，nb2ctx具有独特的二维片状结构，在提供铌的同时，还可以为后续衍生产物提供生长模板。此外，由于nb2ctx或其衍生后形成的碳基底优异的电性能，对mxnb2o6本身的电子传输性能又有良好的调控作用；

19、4、本发明直接使用氧化性可溶金属盐和nb2ctx在水溶液中分散后简单氧化，该方法反应充分，反应条件温和，利用氧化性金属离子/基团的缓慢的氧化性可较好的控制反应条件，从而获得微观形貌可控的mxnb2o6/c纳米片；

20、5、与传统二维复合材料制备方法相比，该方法在碳基底表面生长的mxnb2o6分布均匀、尺寸统一，且由于其特殊的微观结构，使更多的催化活性位点暴露。在锂硫电池充/放电过程中，mxnb2o6对多硫化物具有一定的催化转化及吸附作用，而碳基底由于其优异的导电性可以有效改善mxnb2o6的电子传输，提高mxnb2o6的催化性能，起到了协同增效的作用，对锂硫电池的性能具有明显改善的作用。此外，特殊的微观结构对离子传输及吸收电极材料体积膨胀也有一定的增益效果。

21、6、本发明中的制备工艺方法简单、性价比高，反应条件温和，制备过程安全性较高，所采取的方法具有很强的普适性，对于相关材料的制备具有重要的指导价值。所制备的mxnb2o6/c纳米片保留了前驱体的微观结构，比表面积较大、具有丰富的活性位点、导电性较好、形貌均匀，可用于电池隔膜表面改性材料、碱金属电池材料、超级电容器材料、吸附材料以及纳米催化材料等领域中。