一种双金属Mo2Ti2C3Tx基杂化物负极材料及其制备方法与应用

本发明涉及二次电池负极材料，特别是指一种双金属mxenes(mo2ti2c3tx) 基杂化物负极材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、便携式电子设备、电动汽车等极大地丰富了人类的物资生活。然而，目前商业化锂离子电池应用最广泛的负极材料材料-石墨，较低的理论储锂容量 (372 mah/g)，相对较差的倍率性能等已无法满足人们对高功率密度、高能量密度、快速充电等二次电池的需求。因此，国内外许多研究人员开展了大量的工作，从不同角度不同体系出发，设计开发新型的锂离子电池负极材料。

2、2011年, 美国德雷赛尔大学yury gogotsi教授等首次报告了一类新型二维过渡金属碳和或氮化物-mxenes (一般表达式: mn+1xntx；n=1-4；m=ti，nb，mo，v，zr......；x=c，n；tx= -o，-oh，-f，-cl......)。此后，得益于类金属的导电性，丰富可控的表面化学和物相结构，可调的层间距等优越的物化性能被作为储能电极引起广泛的研究关注。但是，许多研究人员的许多工作都聚集在单金属mxenes (如ti3c2tx，nb2ctx，mo2ctx......)，对刻蚀难度较大的双金属mxenes材料的研究相对较少。双金属mxenes m位二元化的金属组成，使其具有更丰富的结构和物理化学性能，从而成为储能材料的潜在候选者，双金属mxenes纳米片的电性能和电化学行为仍有待探索。

3、目前，对单金属mxenes的制备方法，相对成熟完善。已发表的对原子层数更多的双金属mxenes的制备工作，mxenes的刻蚀及后续的插层剥离仍然相对繁琐且耗时，最重要的是，与其它目前报道的单金属mxenes基电极材料相比，所制备的双金属mxenes电极材料在储锂比容量、循环寿命、倍率性能等方面依然不具备明显的优势。

技术实现思路

1、本发明以413 max相-mo2ti2alc3为例，展示了一种利用酸处理预刻蚀结合后续水热法等制备双金属mxenes杂化物的策略，在较低的反应温度(<300 ℃)和含硫蒸汽气氛下，对预刻蚀的多层mo2ti2c3txmxenes二次微结构修饰，使其进一步剥离为少层mxenes，并且在不需要额外添加过渡金属元素的金属盐的情况下，在mxenes纳米片层表面原位构筑tixoy/moxsy过渡金属化合物。所制备的双金属mo2ti2c3tx杂化物表现出优异的储锂性能。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种双金属mo2ti2c3tx基杂化物负极材料的制备方法，包括以下步骤：

4、（1）将双金属max相mo2ti2alc3通过氢氟酸预刻蚀制备多层的mo2ti2c3txmxenes；

5、（2）采用水热法，添加硫源，对多层的mo2ti2c3txmxenes二次刻蚀，得到双金属mo2ti2c3tx基杂化物。

6、进一步，所述步骤（1）中，氢氟酸预刻蚀的方法如下：双金属max相mo2ti2alc3添加量为0.5 g~3 g，氢氟酸添加量为15 ml~30 ml，预刻蚀时间为48 h ~ 120 h。预刻蚀温度为45 - 65 ℃。max相与氢氟酸添加量和刻蚀时间的不同，制备多层的mo2ti2c3txmxenes的形貌以及产率会有所不同。

7、进一步，所述步骤（2）中，采用水热法对多层的mo2ti2c3txmxenes二次刻蚀的方法如下：在水热反应釜内衬中加入预刻蚀制备的多层mo2ti2c3txmxenes和硫源，在反应温度150 ℃ - 250 ℃下反应5 - 48 h，获得双金属mo2ti2c3tx杂化物。

8、进一步，所述多层的mo2ti2c3txmxenes与硫源(硫源前驱体)的质量比1-9:10。

9、进一步，所述硫源为硫脲、硫代乙酰胺和硫化钠中的一种。

10、一种采用上述制备方法制备的双金属mo2ti2c3tx基杂化物负极材料用于锂离子电池中。

11、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

12、本发明利用酸处理预刻蚀结合后续水热法等制备双金属mxenes杂化物，所制备的双金属mo2ti2c3tx基杂化物，mxenes纳米片层表面生长的金属化合物 (moxsy/tixoy) - 载体(mo2ti2c3txmxenes) 之间的强相互作用，有效地丰富了杂化物材料的储锂位点，同时协同继承并发挥了mxenes优异的导电性，也进一步提高了杂化物材料的储锂比容量。

技术特征：

1.一种双金属mo2ti2c3tx基杂化物负极材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

2. 根据权利要求1所述的双金属mo2ti2c3tx基杂化物负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，氢氟酸预刻蚀的方法如下：双金属max相mo2ti2alc3添加量为0.5 g~3g，氢氟酸添加量为15 ml~30 ml，预刻蚀时间为48 h ~ 120 h。

3. 根据权利要求1所述的双金属mo2ti2c3tx基杂化物负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，采用水热法对多层的mo2ti2c3tx mxenes二次刻蚀的方法如下：在水热反应釜内衬中加入预刻蚀制备的多层mo2ti2c3tx mxenes和硫源，在反应温度150 ℃ - 250℃下反应5 - 48 h，获得双金属mo2ti2c3tx杂化物。

4.根据权利要求1或3所述的双金属mo2ti2c3tx基杂化物负极材料的制备方法，其特征在于，所述硫源为硫脲、硫代乙酰胺和硫化钠中的一种。

5.一种双金属mo2ti2c3tx基杂化物负极材料，其特征在于，由权利要求1～4任意一项权利要求所述的制备方法制备得到。

6.根据权利要求5所述的双金属mo2ti2c3tx基杂化物负极材料，其特征在于，所述双金属mo2ti2c3tx基杂化物负极材料用于锂离子电池中。

技术总结
本发明涉及一种双金属Mo<subgt;2</subgt;Ti<subgt;2</subgt;C<subgt;3</subgt;T<subgt;x</subgt;基杂化物负极材料及其制备方法与应用，属于二次电池负极材料技术领域。其制备方法包括以下步骤：（1）将双金属MAX相Mo<subgt;2</subgt;Ti<subgt;2</subgt;AlC<subgt;3</subgt;通过氢氟酸预刻蚀制备多层的Mo<subgt;2</subgt;Ti<subgt;2</subgt;C<subgt;3</subgt;T<subgt;x</subgt; MXenes；（2）采用水热法，添加硫源，对多层的Mo<subgt;2</subgt;Ti<subgt;2</subgt;C<subgt;3</subgt;T<subgt;x</subgt; MXenes二次刻蚀，得到双金属Mo<subgt;2</subgt;Ti<subgt;2</subgt;C<subgt;3</subgt;T<subgt;x</subgt;基杂化物。本发明制备双金属MXenes杂化物的策略，在较低的反应温度和含硫蒸汽气氛下，对预刻蚀的多层Mo<subgt;2</subgt;Ti<subgt;2</subgt;C<subgt;3</subgt;T<subgt;x</subgt; MXenes二次微结构修饰，使其进一步剥离为少层MXenes，并且在不需要额外添加过渡金属元素的金属盐的情况下，在MXenes纳米片层表面原位构筑Ti<subgt;x</subgt;O<subgt;y</subgt;/Mo<subgt;x</subgt;S<subgt;y</subgt;过渡金属化合物。所制备的双金属Mo<subgt;2</subgt;Ti<subgt;2</subgt;C<subgt;3</subgt;T<subgt;x</subgt;杂化物表现出优异的储锂性能。

技术研发人员：芦磊,郭凤梅,张迎九,管国震
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/12