一种COF-MXene复合材料及其制备方法和应用

本发明属于cofs的储能，具体涉及到一种cof-mxene复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、cofs是一种高度结晶且稳定的多孔聚合物，是一类理想的用于储能器件的有机材料，近年来储能领域备受关注。根据cofs的不同拓扑结构，可将cofs分为三角形，四方形，菱形，六边形，笼目形甚至不规则多边形。这些拓扑结构确定了π阵列的空间排列、密度和间距，形成了共轭多孔的结构，为材料提供了较大的比表面积，从而对材料的储能特性产生了巨大影响。

2、近年储能领域发展遇到了一些瓶颈，尤其是在锂离子电池方面，它的使用寿命，制造成本，比能量大小等遇到一个平台期。其主要原因锂离子电池在充放电过程中，会产生枝晶沉积，最后刺破固体电解质表面，导致了锂离子电池的一系列问题。基于目前的发展现状，我们创造性的提出了mxene增强的cof复合材料，应用于电极方面，以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种cof-mxene复合材料。

4、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：所述cof-mxene复合材料的结构式如式(i)所示；

5、

6、本发明的另一目的是，克服现有技术中的不足，提供一种cof-mxene复合材料的制备方法。

7、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

8、将mxene进行剥离，对mxene剥离得到的mxene纳米片进行氨基化，抽滤并真空干燥后得到氨基化的mxene；

9、氨基化的mxene与1，3，5-三氨基苯基苯、均苯三甲醛混合均匀，加入催化剂，超声混合后反应得到cof-mxene复合材料。

10、作为本发明所述的cof-mxene复合材料的制备方法一种优选方案，其中：所述剥离的方法包括，利用氢氟酸在40℃下对mxene进行刻蚀24h，用去离子水洗涤，在3000～4000rpm下离心，每次离心后将上清液倒出得到稳定的深绿色下层液体，直到上清液ph>6,最后用冷冻干燥法收集，得到mxene纳米片。

11、作为本发明所述的cof-mxene复合材料的制备方法一种优选方案，其中：所述氨基化包括，超声将mxene纳米片分散在乙醇/去离子水混合物中30min，加入冰醋酸，使溶液ph值为3～4，加入aptes；其中，所述乙醇/去离子水混合物中，乙醇和去离子水的体积比为9:1。

12、作为本发明所述的cof-mxene复合材料的制备方法一种优选方案，其中：所述氨基化的条件为氮气气氛、25℃下。

13、作为本发明所述的cof-mxene复合材料的制备方法一种优选方案，其中：所述aptes和mxene的质量比为2:1。

14、作为本发明所述的cof-mxene复合材料的制备方法一种优选方案，其中：所述催化剂包括路易斯酸、乙酸、三氟甲基磺酸钪中的一种或两种。

15、作为本发明所述的cof-mxene复合材料的制备方法一种优选方案，其中：所述1，3，5-三氨基苯基胺与均苯三甲醛摩尔比为1：1。

16、作为本发明所述的cof-mxene复合材料的制备方法一种优选方案，其中：所述氨基化的mxene与均苯三甲醛的质量比为0.5～1:1。

17、本发明的再一目的是，克服现有技术中的不足，提供一种cof-mxene复合材料作为电极材料在制备电容器中的应用。

18、本发明有益效果：

19、本发明通过化学接枝的方法制备得到均一性稳定性较好的cof-mxene复合材料，制备过程操控简单安全，操作方法适用范围广泛，得到的cof-mxene复合材料具有良好储能性能。通过将cof和mxene进行结合，扩大了cofs的应用领域，制备的cof-mxene复合材料具有良好储能性能，将其应用于电容器中，其质量比电容可以提升约15％，且电容器效果稳定。

技术特征：

1.一种cof-mxene复合材料，其特征在于：所述cof-mxene复合材料的结构式如式(i)所示；

2.如权利要求1所述的cof-mxene复合材料的制备方法，其特征在于：包括，

3.如权利要求2所述的cof-mxene复合材料制备方法，其特征在于：所述剥离的方法包括，利用氢氟酸在40℃下对mxene进行刻蚀24h，用去离子水洗涤，在3000～4000rpm下离心，每次离心后将上清液倒出得到稳定的深绿色下层液体，直到上清液ph>6,最后用冷冻干燥法收集，得到mxene纳米片。

4.如权利要求3所述的cof-mxene复合材料制备方法，其特征在于：所述氨基化包括，超声将mxene纳米片分散在乙醇/去离子水混合物中30min，加入冰醋酸，使溶液ph值为3～4，加入aptes；其中，所述乙醇/去离子水混合物中，乙醇和去离子水的体积比为9:1。

5.如权利要求4所述的cof-mxene复合材料制备方法，其特征在于：所述氨基化的条件为氮气气氛、25℃下。

6.如权利要求5所述的cof-mxene复合材料制备方法，其特征在于：所述aptes和mxene的质量比为2:1。

7.如权利要求6所述的cof-mxene复合材料制备方法，其特征在于：所述催化剂包括路易斯酸、乙酸、三氟甲基磺酸钪中的一种或两种。

8.如权利要求7所述的cof-mxene复合材料制备方法，其特征在于：所述1，3，5-三氨基苯基胺与均苯三甲醛摩尔比为1：1。

9.如权利要求8所述的cof-mxene复合材料制备方法，其特征在于：所述氨基化的mxene与均苯三甲醛的质量比为0.5～1:1。

10.如权利要求2～9所述的制备方法制得的cof-mxene复合材料作为电极材料在制备电容器中的应用。

技术总结
本发明公开了一种COF‑MXene复合材料及其制备方法和应用，属于COFs的储能技术领域。COF‑MXene复合材料的制备方法包括，将MXene进行剥离，得到MXene纳米片；用APTES对合成的MXene进行氨基化，抽滤并真空干燥后得到氨基化的MXene；氨基化的MXene与1，3，5‑三氨基苯基苯、均苯三甲醛混合均匀，加入催化剂，超声混合后反应得到COF‑MXene复合材料。本发明通过化学接枝的方法制备得到均一性稳定性较好的COF‑MXene复合材料，制备过程操控简单安全，操作方法适用范围广泛，得到的COF‑MXene复合材料具有良好储能性能，通过将COF和MXene进行结合，扩大了COFs的应用领域，制备的COF‑MXene复合材料具有良好储能性能，将其应用于电容器中，其质量比电容可以提升约15％，且电容器效果稳定。

技术研发人员：赖文勇,吴健,刘绪,刘思奇,李大志
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21