MnCo-LDH/MXene/NF复合纳米电极及其制备和在超级电容器中的应用

本发明涉及电极材料制备领域，尤其涉及超级电容器正极材料的制备，具体为一种mnco-ldh/mxene/nf复合纳米电极及其制备和在超级电容器中的应用。

背景技术：

1、近年来，人们的环保观念日益增强，全球对绿色、清洁可持续能源的需求不断攀升。因此，寻找高效能、低成本且环境友好的电极材料已成为电化学储能领域的研究焦点。超级电容器作为一种新型的电化学储能设备，因其具有高功率密度、快速充放电、长寿命、低成本和环保等优势，是提高研究者关注的研究热点之一。

2、过渡金属复合材料由于其具有良好的电化学性能，目前被广泛用作超级电容器的电极材料。其中，过渡金属氢氧化物，特别是mnco-ldh作为最具前途的电极材料之一，备受研究者们的青睐。相比于单独的co(oh)2或mn(oh)2，mnco-ldh材料由于拥有更多的氧化还原反应和表面活性位点进而能够进一步提高能量密度和整体性能。然而，mnco-ldh材料的电子电导率和离子转移速率相对较低，这导致其实际容量远低于理论值，并且mnco-ldh在经过多次充放电后微观形貌会发生坍塌导致循环稳定性差，从而极大地限制了其性能的进一步提高。为了克服双金属氧化物氧化钴锰的上述缺陷，我们引进二维过渡金属碳化物和氮化物(mxenes)使其和该氧化物复合进而设计性能优异的复合电极材料。mxene作为一种新型的二元金属碳化物或金属氮化物二维材料，具有独特的层间官能基团，良好的导电性目前己广泛应用于离子电池、光催化、储能装置等方面。由于mxene表面含有丰富的官能团，可以吸引金属离子，进而改变材料的微观形貌。通过合理的形貌设计可以提高材料的性能，防止材料的团聚，提高电荷转移能力，增强材料的电导率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种mnco-ldh/mxene/nf复合纳米电极及其制备方法和，并将其应用于超级电容器领域。该复合纳米电极在超级电容器领域具有一定的应用潜力和价值，得到的比电容和循环稳定性均较高。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种mnco-ldh/mxene/nf复合纳米电极，其特征在于，制备方法包括如下步骤：

3、1)少层mxene的制备：将max缓慢分散于hf中进行刻蚀，搅拌混合溶液刻蚀掉al离子，离心洗涤数次，真空抽滤后放入真空烘箱中，干燥后得到多层mxene；将多层mxene加入到二甲基亚砜dmso中，搅拌插层，离心后，将下层固体混合在去离子水中并超声处理，多次离心分离后，真空干燥，得到少层mxene纳米片；

4、2)mnco-ldh/mxene/nf复合纳米电极的制备：首先，将co(no3)2、mn(no3)2及少层mxene加入到去离子水中，搅拌，超声处理，作为电沉积电解质溶液，进行电沉积，将产物用去离子水洗涤，干燥，得到的材料命名为mnco-ldh/mxene/nf。

5、上述的mnco-ldh/mxene/nf复合纳米电极，步骤1)中，刻蚀的温度为40℃，刻蚀时间为48h。

6、上述的mnco-ldh/mxene/nf复合纳米电极，步骤1)中，dmso插层时间为18h。

7、上述的mnco-ldh/mxene/nf复合纳米电极，步骤1)中，真空干燥时间的条件为60℃，24h。

8、上述的mnco-ldh/mxene/nf复合纳米电极，步骤2)中，co(no3)2：mn(no3)2：少层mxene＝0.6mmol：0.6mmol：30mg。

9、上述的mnco-ldh/mxene/nf复合纳米电极，步骤2)中，所述的电沉积是以泡沫镍电极作为工作电极，铂片电极作为对电极，银/氯化银电极作为参比电极，电位保持在-1.1v，进行恒电位电沉积。

10、上述的mnco-ldh/mxene/nf复合纳米电极，步骤2)中，电沉积时间为300s。

11、上述的mnco-ldh/mxene/nf复合纳米电极在超级电容器中的应用。

12、本发明的有益效果是：

13、1、本发明制备的mnco-ldh/mxene/nf复合纳米电极，解决了目前钴锰双金属氢氧化物电导率低和电化学活性低在实际应用中不理想的问题，提供了一种反应条件温和、操作方法简单的mnco-ldh/mxene/nf复合纳米电极的制备方法。

14、2、本发明通过采用mxene作为结构导向剂，制备了花状纳米片结构的mnco-ldh/mxene/nf复合纳米电极，增大了电极材料的比表面积，更有利于电化学反应过程中离子的传输交换。

15、3、用本发明的方法制备得到的mnco-ldh/mxene/nf复合纳米电极在1a/g的电流密度下比电容可达715.6f/g，在10a/g的电流密度下，该复合材料仅有10％的电容损失，并且在10a/g电流密度下经过5000次循环后电极材料的比电容仍保持初始电容的86.1％。

技术特征：

1.一种mnco-ldh/mxene/nf复合纳米电极，其特征在于，制备方法包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的mnco-ldh/mxene/nf复合纳米电极，其特征在于，步骤1)中，刻蚀的温度为40℃，刻蚀时间为48h。

3.如权利要求1所述的mnco-ldh/mxene/nf复合纳米电极，其特征在于，步骤1)中，

4.如权利要求1所述的mnco-ldh/mxene/nf复合纳米电极，其特征在于，步骤1)中，真空干燥时间的条件为60℃，24h。

5.如权利要求1所述的mnco-ldh/mxene/nf复合纳米电极，其特征在于，步骤2)中，

6.如权利要求1所述的mnco-ldh/mxene/nf复合纳米电极，其特征在于，步骤2)中，所述的电沉积是以泡沫镍电极作为工作电极，铂片电极作为对电极，银/氯化银电极作为参比电极，电位保持在-1.1v，进行恒电位电沉积。

7.如权利要求1所述的mnco-ldh/mxene/nf复合纳米电极，其特征在于，步骤2)中，电沉积时间为300s。

8.如权利要求1所述的mnco-ldh/mxene/nf复合纳米电极在超级电容器中的应用。

技术总结
本发明涉及电极材料制备领域，具体为一种MnCo‑LDH/MXene/NF复合纳米电极及其制备和在超级电容器中的应用。制备方法包括如下步骤：将MAX分散于HF中进行刻蚀蚀掉Al离子，洗涤真空抽滤干燥后得到多层MXene；加入到二甲基亚砜中，搅拌插层，离心将下层固体混合在去离子水中并超声处理真空干燥，得到少层MXene纳米片；将Co(NO3)2、Mn(NO3)2及少层MXene加入到去离子水中，搅拌超声作为电沉积电解质溶液，进行电沉积，洗涤，干燥，得到的材料命名为MnCo‑LDH/MXene/NF。制备简单，可通过控制沉积时间，得到不同形貌的MnCo‑LDH/MXene纳米材料。

技术研发人员：吴抒遥,马多,汪跃然,冯书晓,黄子航,宋溪明
受保护的技术使用者：辽宁大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15