一種復(fù)合材料MoO<sub>3</sub>/Polyaniline/Ti<sub>3</sub>C<sub>2</sub>Tx及其制備方法
【專利摘要】一種復(fù)合材料MoO3/Polyaniline/Ti3C2Tx及其制備方法，(1)Ti3AlC2粉體完全浸入到體積分?jǐn)?shù)為40％的HF溶液中，離心得到粉體干燥；(2)四水鉬酸銨和酒石酸完全溶于水得到水溶液；(3)將粉體Ti3C2Tx粉體加入到水溶液中；(4)將步驟(3)中懸浮液離心，在真空干燥箱中干燥；(5)將步驟(4)中所得到粉體燒結(jié)，保溫，得到MoO3/Ti3C2Tx復(fù)合材料；(6)將所得粉體超聲分散于蒸餾水中，加入苯胺，冰浴中攪拌；(7)將(NH4)2S2O4溶于HCl中，冷卻，加入到步驟(6)中；(8)將步驟(7)中的懸浮液離心，水洗，醇洗，并冷凍干燥，得到目標(biāo)產(chǎn)物；由于該材料成分可調(diào)性大，制備工藝簡單、合成過程易于控制，拓寬了該復(fù)合材料在電極材料的應(yīng)用范圍。
【專利說明】
_種復(fù)合材料Mo03/Po Iyani I i ne/T i 3C2TX及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[000?]本發(fā)明涉及復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種復(fù)合材料Mo03/Polyaniline/Ti3C2Tx的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超級電容器用電極材料可分為三類:碳材料系列，過渡金屬氧化物系列，導(dǎo)電聚合物系列。其中石墨烯最為碳材料的一種，由于其高的導(dǎo)電性，良好的電化學(xué)穩(wěn)定性，高比表面積在電極材料方面有較深的研究，且表現(xiàn)出極好的雙電層電容性質(zhì)。但是由于對電極材料的要求增高，石墨烯已經(jīng)不能滿足人們對于性能的要求。所以，作為具有贗電容性質(zhì)的過渡金屬氧化物的高比電容的性質(zhì)備受矚目，但其較差的導(dǎo)電性限制了它的應(yīng)用。因此，復(fù)合材料的產(chǎn)生成為了必然的趨勢。
[0003]近幾年，Ti3C2Tx作為最新發(fā)現(xiàn)的二維納米材料備受關(guān)注。由于其具有較高的比表面積和較好的導(dǎo)電性而在電化學(xué)領(lǐng)域得到了深入的研究。但是，它的比電容相對較低(堿性介質(zhì)中100F/g)，所以，我們將具有較高的比電容的MoO3納米顆粒作為第二相進(jìn)行復(fù)合，通過提高比表面積增大比容量。
[0004]聚苯胺作為應(yīng)用于超級電容器電極材料中最受關(guān)注的導(dǎo)電聚合物，具有許多理想的性質(zhì)，比如高電化學(xué)活性、高摻雜水平、優(yōu)良的比電容、較高的電導(dǎo)率、良好的穩(wěn)定性。因此，通過引入導(dǎo)電聚合物增加復(fù)合材料的導(dǎo)電性可進(jìn)一步提高電化學(xué)性能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為了克服現(xiàn)有超級電容器電極材料的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合材料Mo03/POlyaniline/Ti3C2Tx及其制備方法，在二維層狀Ti3C2Tx的表面和層間負(fù)載晶體與無定形的MoO3,產(chǎn)生協(xié)同作用且增加比表面積;但是負(fù)載MoO3會使得復(fù)合材料的導(dǎo)電性相比于Ti3C2Tx有所降低，因此通過在負(fù)載Polyaniline(PANI)增加復(fù)合材料的導(dǎo)電性，同時，PANI與MoO3之間可以形成p-n結(jié)，有利于電子的移動，進(jìn)一步提高電極材料的電化學(xué)性能。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明可通過以下方式實(shí)現(xiàn):
[0007]一種Mo03/Polyaniline/Ti3C2Tx復(fù)合材料，借助于Ti3C2Tx的二維層狀結(jié)構(gòu)作為支撐，40-70nm的M0O3顆粒分布于片層表面，邊緣和層間。
[0008]一種復(fù)合材料Mo03/Polyaniline/Ti3C2Tx的制備方法，步驟為:
[0009](I)將通過熱壓燒結(jié)制備的Ti3AlC2粉體完全浸入到體積分?jǐn)?shù)為40%的HF溶液中，在室溫下攪拌24小時，經(jīng)過水洗至PH=6，再經(jīng)過醇洗，離心得到粉體在真空干燥箱中干燥；
[0010](2)稱量四水鉬酸銨和酒石酸完全溶于水中，得到水溶液，在25 0C下攪拌均勻，并用6mol/L HCl調(diào)節(jié)PH=0.5;四水鉬酸銨和酒石酸的質(zhì)量比為1:2-4;
[0011 ] (3)將步驟(I)中所得粉體Ti3C2Tx粉體勻速加入到步驟(2)中所得到的溶液中，在25°C下數(shù)小時攪拌;Ti3C2Tx粉體與步驟(2)中的四水鉬酸銨的質(zhì)量比為3:(2-10);
[0012 ] (4)將步驟(3)中所得的懸浮液離心，水洗，醇洗，在真空干燥箱中干燥；
[0013](5 )將步驟(4)中所得到的粉體在氬氣氣氛下550°C燒結(jié)，保溫2h，得到MoO3/Ti3C2Tx復(fù)合材料;
[0014](6)將步驟(5)中所得的粉體超聲分散于蒸餾水中，加入一定量的苯胺，在冰浴中攪拌均勻;苯胺與Ti3C2TX粉體的質(zhì)量比為(2.24-7.14): 15;
[0015](7)將(NH4)2S2O4完全溶于20mL IM HCl中，冷卻，加入到步驟(6)中的懸浮液中，攪拌6-9小時;苯胺與(順4)23204的摩爾比為1山
[0016](8)將步驟(7)中的懸浮液離心，水洗，醇洗，并冷凍干燥，得到目標(biāo)產(chǎn)物。
[0017]發(fā)明的效果:本發(fā)明利用Ti3C2Tx的特殊層狀結(jié)構(gòu)及其良好的導(dǎo)電性與比容量較大的MoO3顆粒制備成復(fù)合材料，提高電極材料的電化學(xué)性能。復(fù)合材料具有較好的導(dǎo)電性，較大的比表面積都有利于離子在電極材料和電解液中轉(zhuǎn)移，從而降低內(nèi)阻，提高比容量。但是負(fù)載MoO3會對材料的導(dǎo)電性有一定影響，所以，再引入導(dǎo)電聚合物作為第三相(PANI)可以以提高材料的導(dǎo)電性。同時，以片層為支撐，可以減小由于數(shù)次的充放電對于MoO3顆粒和PANI的體積效應(yīng)。由于該材料成分可調(diào)性大，制備工藝簡單、合成過程易于控制，拓寬了該復(fù)合材料在電極材料的應(yīng)用范圍。
【附圖說明】
[0018]圖1是實(shí)施例一所制備試樣的形貌圖。
[0019]圖2是Mo03/Polyaniline/Ti3C2Tx復(fù)合材料在lmol/L KOH水溶液作為電解液在不同掃描速度下的CV曲線。
[0020]圖3是Mo03/Polyaniline/Ti3C2Tx復(fù)合材料的阻抗測試曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ] 實(shí)施例一
[0022]本實(shí)施例的步驟包括:
[0023](I)將通過熱壓燒結(jié)制備的Ti3AlC2粉體完全浸入到體積分?jǐn)?shù)為40%的HF溶液中，在室溫下攪拌24小時，經(jīng)過水洗至PH=6，再經(jīng)過醇洗，離心得到粉體在真空干燥箱中干燥；
[0024](2)稱量0.3g四水鉬酸銨和1.2g酒石酸完全溶于水中，得到水溶液，在25 V下攪拌均勻，并用6mol/L HCl調(diào)節(jié)PH=0.5;
[0025](3)將步驟(I)中所得Ti3C2Tx粉體稱量0.15g，勻速加入到步驟(2)中所得到的溶液中，在25°C下攪拌9小時；
[0026](4)將步驟(3)中所得的懸浮液離心，水洗，醇洗，在真空干燥箱中干燥；
[0027](5 )將步驟(4)中所得到的粉體在氬氣氣氛下550°C燒結(jié)，保溫2h，得到MoO3/Ti3C2Tx復(fù)合材料;
[0028](6)將步驟(5)中所得的粉體超聲分散于蒸餾水中，加入40 uL(0.0448g)苯胺，在冰浴中(TC下攪拌均勻；
[0029](7)將0.0272g(NH4)2S204溶于20mL IM HCl中，冷卻，加入到步驟(6)中的懸浮液中，攪拌6小時；
[0030](8)將步驟(7)中的懸浮液離心，水洗，醇洗，并冷凍干燥，得到目標(biāo)產(chǎn)物。
[0031]本實(shí)施例制備的一種Mo03/Polyaniline/Ti3C2Tx復(fù)合材料，借助于Ti3C2Tx的二維層狀結(jié)構(gòu)作為支撐，40-70nm的M0O3顆粒分布于片層表面、邊緣和層間，再通過添加aniline原位聚合，包裹Mo03/Ti3C2Tx，制備成三元復(fù)合材料。
[0032]圖1是Mo03/PolyaniIine/Ti3C2Tx復(fù)合材料的顯微結(jié)構(gòu)圖，從圖中可看出M0O3納米顆粒負(fù)載于Ti3C2Tx片層上，并且苯胺聚合成為聚苯胺包覆于MoO3納米顆粒及Ti3C2Tx片層上。
[0033]圖2是實(shí)施例一中所制備的1003/?015^11；[1;[116/1'丨302了\復(fù)合材料在不同掃速下的CV曲線圖，圖中明確顯示材料的倍率性能良好。
[0034]圖3是實(shí)施例一中所制備的Mo03/Polyaniline/Ti3C2Tx復(fù)合材料的阻抗測試曲線，表明材料內(nèi)阻小，且有利于離子吸附。
[0035]實(shí)施例二
[0036]本實(shí)施例的步驟包括:
[0037](I)將通過熱壓燒結(jié)制備的Ti3AlC2粉體完全浸入到體積分?jǐn)?shù)為40%的HF溶液中，在室溫下攪拌24小時，經(jīng)過水洗至PH=6，再經(jīng)過醇洗，離心得到粉體在真空干燥箱中干燥；
[0038](2)稱量0.1g四水鉬酸銨和0.2g酒石酸完全溶于水中，得到水溶液，在25°C下攪拌均勻，并用6mol/L HCl調(diào)節(jié)PH=0.5;
[0039](3)將步驟(I)中所得Ti3C2Tx粉體稱量0.15g，勻速加入到步驟(2)中所得到的溶液中，在25°C下攪拌6小時；
[0040](4)將步驟(3)中所得的懸浮液離心，水洗，醇洗，在真空干燥箱中干燥；
[0041](5 )將步驟(4)中所得到的粉體在氬氣氣氛下600°C燒結(jié)，保溫Ih，得到MoO3/Ti3C2Tx復(fù)合材料;
[0042](6)將步驟(5)中所得的粉體超聲分散于蒸餾水中，加入20uL(0.0224g)胺，在冰浴中(TC下攪拌均勻；
[0043](7)將0.0136g(NH4)2S204溶于20mL IM HCl中，冷卻，加入到步驟(6)中的懸浮液中，攪拌6小時；
[0044](8)將步驟(7)中的懸浮液離心，水洗，醇洗，并冷凍干燥，得到目標(biāo)產(chǎn)物。
[0045]本實(shí)施例制備的一種Mo03/Polyaniline/Ti3C2Tx復(fù)合材料，借助于Ti3C2Tx的二維層狀結(jié)構(gòu)作為支撐，40-70nm的M0O3顆粒分布于片層表面、邊緣和層間，再通過添加aniline原位聚合，包裹Mo03/Ti3C2Tx，制備成三元復(fù)合材料。
[0046]實(shí)施例三
[0047]本實(shí)施例的步驟包括:
[0048](I)將通過熱壓燒結(jié)制備的Ti3AlC2粉體完全浸入到體積分?jǐn)?shù)為40%的HF溶液中，在室溫下攪拌24小時，經(jīng)過水洗至PH = 6，再經(jīng)過醇洗，離心得到粉體在真空干燥箱中干燥；
[0049](2)稱量0.5g四水鉬酸銨和1.5g酒石酸完全溶于水中，得到水溶液，在25°C下攪拌均勻，并用6mol/L HCl調(diào)節(jié)PH=0.5;
[0050](3)將步驟(I)中所得Ti3C2Tx粉體稱量0.15g，勻速加入到步驟(2)中所得到的溶液中，在25°C下攪拌9小時；
[0051 ] (4)將步驟(3)中所得的懸浮液離心，水洗，醇洗，在真空干燥箱中干燥；
[0052](5 )將步驟(4)中所得到的粉體在氬氣氣氛下550°C燒結(jié)，保溫2h，得到MoO3/Ti3C2Tx復(fù)合材料;
[0053](6)將步驟(5)中所得的粉體超聲分散于蒸餾水中，加入70uL(0.0714g)苯胺，在冰浴中(TC下攪拌均勻；
[0054](7)將0.0476g(NH4)2S204溶于20mL IM HCl中，冷卻，加入到步驟(6)中的懸浮液中，攪拌9小時；
[0055](8)將步驟(7)中的懸浮液離心，水洗，醇洗，并冷凍干燥，得到目標(biāo)產(chǎn)物。
[0056]本實(shí)施例制備的一種Mo03/Polyaniline/Ti3C2Tx復(fù)合材料，借助于Ti3C2Tx的二維層狀結(jié)構(gòu)作為支撐，40-70nm的M0O3顆粒分布于片層表面、邊緣和層間，再通過添加aniline原位聚合，包裹Mo03/Ti3C2Tx，制備成三元復(fù)合材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種Mo03/Polyaniline/Ti3C2Tx復(fù)合材料，其特征在于，借助于Ti3C2Tx的二維層狀結(jié)構(gòu)作為支撐，40-70nm的M0O3顆粒分布于片層表面，邊緣和層間。2.基于權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合材料Mo03/Polyaniline/Ti3C2Tx的制備方法，其特征在于，步驟為: (1)將通過熱壓燒結(jié)制備的Ti3AlC2粉體完全浸入到體積分?jǐn)?shù)為40%的HF溶液中，在室溫下攪拌24小時，經(jīng)過水洗至PH=6，再經(jīng)過醇洗，離心得到粉體在真空干燥箱中干燥； (2)稱量四水鉬酸銨和酒石酸完全溶于水中，得到水溶液，在25°C下攪拌均勻，并用.6mol/L HCl調(diào)節(jié)PH=0.5;四水鉬酸銨和酒石酸的質(zhì)量比為1:2-4; (3)將步驟(I)中所得粉體Ti3C2Tx粉體勻速加入到步驟(2)中所得到的溶液中，在25°C下數(shù)小時攪拌;Ti3C2Tx粉體與步驟(2)中的四水鉬酸銨的質(zhì)量比為3:(2-10); (4)將步驟(3)中所得的懸浮液離心，水洗，醇洗，在真空干燥箱中干燥； (5)將步驟(4)中所得到的粉體在氬氣氣氛下5500C燒結(jié)，保溫2h，得到Mo03/Ti3C2Tx復(fù)合材料； (6)將步驟(5)中所得的粉體超聲分散于蒸餾水中，加入一定量的苯胺，在冰浴中攪拌均勻;苯胺與Ti3C2TX粉體的質(zhì)量比為(2.24-7.14): 15; (7)將(NH4)2S2O4完全溶于20mLIM HCl中，冷卻，加入到步驟(6)中的懸浮液中，攪拌6_9小時;苯胺與(順)23204的摩爾比為1山 (8)將步驟(7)中的懸浮液離心，水洗，醇洗，并冷凍干燥，得到目標(biāo)產(chǎn)物。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種復(fù)合材料MofVPolyaniI ine/Ti3C2Tx的制備方法，其特征在于，步驟為: (1)將通過熱壓燒結(jié)制備的Ti3AlC2粉體完全浸入到體積分?jǐn)?shù)為40%的HF溶液中，在室溫下攪拌24小時，經(jīng)過水洗至PH=6再經(jīng)過醇洗，離心得到粉體在真空干燥箱中干燥； (2)稱量0.3g四水鉬酸銨和1.2g酒石酸完全溶于水中，得到水溶液，在25°C下攪拌均勻，并用6mol/L HCl調(diào)節(jié)PH=0.5; (3)將步驟(I)中所得Ti3C2Tx粉體稱量0.15g勻速加入到步驟(2)中所得到的溶液中，在.25 °C下攪拌9小時； (4)將步驟(3)中所得的懸浮液離心，水洗，醇洗，在真空干燥箱中干燥； (5)將步驟(4)中所得到的粉體在氬氣氣氛下5500C燒結(jié)，保溫2h，得到Mo03/Ti3C2Tx復(fù)合材料； (6)將步驟(5)中所得的粉體超聲分散于蒸餾水中，加入40uL(0.0448g)苯胺，在冰浴中0°C下攪拌均勻； (7)將0.0272g(NH4)2S204溶于20mLIM HCl中，冷卻，加入到步驟(6)中的懸浮液中，攪拌6小時； (8)將步驟(7)中的懸浮液離心，水洗，醇洗，并冷凍干燥，得到目標(biāo)產(chǎn)物。
【文檔編號】H01G11/46GK105869910SQ201610378915
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】鹿蕭, 朱建鋒, 王芬
【申請人】陜西科技大學(xué)