本发明涉及一种mxene基复合材料的制备方法及应用。
背景技术：
1、如今，化石能源的不断枯竭和气候变化已使寻找可再生能源成为当务之急。作为能源危机的一种解决方案，储能设备正在得到大力开发。目前，电力存储市场主要由电池主导，而电容器则更适合小规模和短期应用(主要是电子产品)。可充电电池和超级电容器(sc)作为最有前途的储能设备受到广泛关注。最近，超级电容器因其更高的功率密度、更好的循环性能和更快的充放电速度而被认为是电池的替代产品。由于能量密度较低，电容器的开发和应用受到一些限制。储能电池中电极材料的比电容对能量密度有很大影响。因此，高比电容的电极材料在超级电容器中非常重要。
2、超级电容器具有使用寿命长、安全、无泄漏、耐磨等特点，是电化学储能器件的候选者。然而，大多数超级电容器的能量密度差等主要问题在很大程度上阻碍了它们的应用。为了在不影响高功率密度的情况下构建具有高能量密度的储能装置，人们投入了大量工作来制造高性能的新材料。因此，合理设计具有针对性的纳米/微结构具有重要意义。二维(2d)材料作为重要的电极材料已被广泛研究。尤其是二维薄层结构能更有效地提高电极活性位点的利用率，突出的纳米结构还能加快离子和电子的传输速度。作为新型二维材料，mxene已被广泛应用于sc中。mxene的独特之处在于其层状结构、出色的化学和环境稳定性以及出色的亲水性。总体而言，v2ctx是mxene的一种典型且具有发展前景的材料，v2ctx电极在sc中的电子存储能力优于碳材料。在v2ctx层间插入大量阳离子以及设计mxene基材料的结构是提高v2ctx电化学性能的有效方法。有必要对v2ctx进行剥离和分层，以充分利用其比表面积。
3、目前，基于tma-v2ctx的储能机理及其良好的比表面积，利用具有自支撑结构的泡沫镍(nf)作为集流体，设计出更稳定的三维结构材料，并选择比容量相对较高的赝电容材料制备复合电极。两种具有不同储能机制的材料复合后，不仅能在电极表面进行快速的电荷吸附/解吸，还能发生快速的氧化还原反应，从而提供高比电容。事实证明，复合材料的结构对提高材料的性能起着至关重要的作用。原位生长合成法制备的复合电极避免了传统电极制备过程中粘合剂的影响，更能分散和支撑电极。稳定的v2ctx可抑制金属氢氧化物片状结构的聚集，提高电荷传输速率，从而改善电化学性能。迄今为止，在nf上原位生长v2ctx和赝电容材料以制备应用于超级电容器领域的复合材料尚未实现。
技术实现思路
1、本发明的目的是要解决上述技术问题，而提供一种tma-mxene/cov-ldh/nf复合材料的制备方法及应用。
2、本发明的目的是利用nf为基底制备以原位生长的方法制备三维自支撑结构的可用作超级电容器电极的纳米复合材料，为在超级电容器电极材料中制备基于v2ctx mxene基的复合材料提供了开发新型自支撑结构电极材料的前景。
3、一种tma-mxene/cov-ldh/nf复合材料的制备方法，是按以下步骤完成的：
4、一、制备v2ctx mxene：
5、①、将氟化锂和盐酸搅拌均匀，得到混合物ⅰ；
6、②、将v2alc溶解在混合物ⅰ中，搅拌均匀，得到混合物ⅱ；
7、③、将混合物ⅱ转移至聚四氟乙烯高压反应釜中进行水热反应，然后自然冷却至室温，得到反应产物ⅰ；
8、④、依次使用盐酸、去离子水和无水乙醇对反应产物ⅰ进行离心清洗，直到上清液的ph值高于6，除去上清液后，得到沉淀物v2ctx mxene；
9、二、制备tma-v2ctx胶体溶液：
10、①、将四甲基氢氧化铵溶液倒入沉淀物v2ctx mxene中，室温下搅拌12h，得到混合溶液ⅰ；
11、②、通过无水乙醇和去离子水对混合溶液ⅰ进行离心处理至ph＝7，再次添加去离子水并在氮气氛围下超声1h，离心分离，收集上清液，得到反应产物ⅱ；
12、③、将反应产物ⅱ溶于氯化锂水溶液中静置，得到沉淀，即为反应产物ⅲ；
13、④、使用去离子水对反应产物ⅲ进行清洗，向清洗后的反应产物ⅲ中添加去离子水并在氮气氛围下超声30min，得到tma-v2ctx胶体溶液；
14、三、制备tma-v2ctx/cov-ldh/nf：
15、①、将六水合氯化钴、氯化钒、尿素溶解于去离子水中，搅拌均匀，得到溶液ⅰ；
16、②、将泡沫镍与tma-v2ctx胶体溶液转移至溶液ⅰ中，搅拌均匀，得到混合物ⅲ；
17、③、将混合物ⅲ转移至聚四氟乙烯高压釜中进行水热反应，然后自然冷却至室温，得到反应产物ⅳ；
18、④、使用去离子水和无水乙醇对反应产物ⅳ进行清洗，将清洗后的反应产物ⅳ进行真空干燥，得到tma-v2ctx/cov-ldh/nf，即为tma-mxene/cov-ldh/nf复合材料。
19、一种tma-mxene/cov-ldh/nf复合材料作为超级电容器电极材料使用。
20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
21、一、本发明制备的tma-v2ctx/cov-ldh/nf复合材料能够有效改善ldh材料导电性较差以及mxene纳米片层堆叠的现象，且复合材料具有垂直生长结构，可以有效增大材料的比表面积，提供更多的赝电容反应活性位点；
22、二、本发明制备的tma-v2ctx/cov-ldh/nf复合材料作为超级电容器电极材料，具有较高的比电容，在1a/g下比电容为2374.0f/g，可应用于高能量密度的超级电容器；
23、三、本发明制备的一种tma-v2ctx/cov-ldh/nf复合材料整体结构中存在mxene二维层状结构以及泡沫镍构筑的垂直立体结构，避免了粘合剂的使用，有利于增加活性位点、提高材料的导电性和稳定性；
24、四、本实施方式制备的一种tma-v2ctx/cov-ldh/nf复合材料的方法具有工艺简单、制备过程绿色环保，易于操作、对设备要求低的特点。
1.一种tma-mxene/cov-ldh/nf复合材料的制备方法，其特征在于所述制备方法具体是按以下步骤完成的：
2.根据权利要求1所述的一种tma-mxene/cov-ldh/nf复合材料的制备方法，其特征在于步骤一①中所述的氟化锂的质量与盐酸的体积比为(1.0g～2.0g):20ml，盐酸的浓度为12mol/l。
3.根据权利要求1所述的一种tma-mxene/cov-ldh/nf复合材料的制备方法，其特征在于步骤一②中所述的v2alc和氟化锂的质量比为1:2。
4.根据权利要求1所述的一种tma-mxene/cov-ldh/nf复合材料的制备方法，其特征在于步骤一③中所述的水热反应的温度为90℃，水热反应的时间为72h。
5.根据权利要求1所述的一种tma-mxene/cov-ldh/nf复合材料的制备方法，其特征在于步骤二①中四甲基氢氧化铵溶液中四甲基氢氧化铵与去离子水体积比为1:5。
6.根据权利要求1所述的一种tma-mxene/cov-ldh/nf复合材料的制备方法，其特征在于步骤二①中所述的沉淀物v2ctx mxene的质量与四甲基氢氧化铵溶液的体积比为0.5g:20ml。
7.根据权利要求1所述的一种tma-mxene/cov-ldh/nf复合材料的制备方法，其特征在于步骤二③中所述的氯化锂水溶液中氯化锂与去离子水质量比为1:10；步骤二③中所述的静置的时间为24h；步骤二④中所述的tma-v2ctx胶体溶液的质量分数为0.1％。
8.根据权利要求1所述的一种tma-mxene/cov-ldh/nf复合材料的制备方法，其特征在于步骤三①中所述的六水合氯化钴、氯化钒、尿素的摩尔比为15:12:10；步骤三①中所述的六水合氯化钴的物质的量与去离子水的体积比为0.6mol:20ml；步骤三②中所述的tma-v2ctx胶体溶液与溶液ⅰ的体积比为1:2。
9.根据权利要求1所述的一种tma-mxene/cov-ldh/nf复合材料的制备方法，其特征在于步骤三③中所述的水热反应的温度为120℃，水热反应的时间为12h；步骤三④中所述的真空干燥的温度为60℃～80℃，真空干燥的时间为10h～12h。
10.如权利要求1所述的制备方法制备的一种tma-mxene/cov-ldh/nf复合材料的应用，其特征在于一种tma-mxene/cov-ldh/nf复合材料作为超级电容器电极材料使用。