一种NiCo-MOF/MXene-CNF气凝胶复合材料及其制备方法和应用

本发明属于超级电容器电极材料，具体涉及一种nico-mof/mxene-cnf气凝胶复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，超级电容器因其快速充放电动力学、长循环寿命和高功率密度等诸多优点而受到广泛关注。mxene是一种由过渡金属碳化物或碳氮化物组成的二维材料，具有优异的储能性能，经常被用作超级电容器的电极材料；但mxene片层结构很容易发生再堆叠现象，这样就减少了材料的比表面积，影响了离子在层间的扩散，从而降低了电化学性能。

2、mof(金属有机框架材料)是一类新型的多孔晶体材料，也称为多孔配位聚合物，是一类由金属离子或金属团簇和有机配体桥连形成的多孔晶态材料。金属有机框架材料具有可调节的孔道结构，大的比表面积，高的孔隙率，有序的多孔结构和暴露的活性位点等特殊结构，通过改变金属离子和有机官能团，可以合成出许多具有独特的物理和化学性质的金属有机框架材料，这些特点引起了科研工作者们极大的兴趣，但由于大多数mof材料自身的导电性和稳定性差，从而限制了其在电化学领域的进一步应用。

3、因此，将mof与mxene设计合成具有特定功能特性复合材料，可以大大促进mof和mxene在电化学方面的应用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种nico-mof/mxene-cnf气凝胶复合材料的制备方法，至少可以解决现有技术中存在的部分缺陷。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种nico-mof/mxene-cnf气凝胶复合材料的制备方法，包括如下步骤:

4、s1、采用lif和盐酸刻蚀max相粉末，对反应所得物进行清洗、超声、离心提纯，得到mxene分散液；

5、s2、将mxene分散液与纳米纤维素混合均匀后冷冻成冰，放入冷冻干燥箱干燥，得到mxene-cnf气凝胶；

6、s3、n,n-二甲基甲酰胺、去离子水、酒精混合均匀，再向其中加入nicl2·6h2o、cocl2·6h2o、均苯三酸、聚乙烯基吡咯烷酮溶解，得到混合溶液；

7、s4、将混合溶液超声分散后，加入mxene-cnf气凝胶，置于120～200℃烘箱中反应6～14h，得到nico-mof/mxene-cnf气凝胶复合材料。

8、进一步的，所述步骤s1中，盐酸的浓度为8～10mol/l，lif的质量与盐酸的体积之比为1～3g:15～30ml；所述max相粉末为ti3alc2、ti2alc、ti3alcn中的一种，所述max相粉末与lif的质量比为1:1～3。

9、进一步的，所述步骤s1中，反应所得物先使用盐酸清洗后再使用去离子水清洗至溶液ph到6～7，然后加入去离子水，在0～10℃下超声剥离1～2h，超声剥离完成后，使用12000～15000g离心力离心0.5～1.5h。

10、进一步的，所述步骤s2中，所述纳米纤维素质量为mxene分散液和纳米纤维素总质量的1～10％。

11、进一步的，所述步骤s3中，n,n-二甲基甲酰胺、去离子水、酒精的体积比为1:1:1，nicl2·6h2o、cocl2·6h2o、均苯三酸和聚乙烯基吡咯烷酮的质量比1:0.5～2:0.8～1:8～15。

12、进一步的，所述步骤s4中，混合溶液超声分散的温度为5～15℃，时间为20～40min。

13、进一步的，所述步骤s4中，将反应所得物使用去离子水和酒精清洗后，放入干燥箱60℃保持12h烘干。

14、另外，本发明还提供了一种nico-mof/mxene-cnf气凝胶复合材料，采用上述的制备方法制备而成。

15、进一步的，所述nico-mof/mxene-cnf气凝胶复合材料的比表面积为45～73m2g-1；所述nico-mof/mxene-cnf气凝胶复合材料的容量保持率大于70％。

16、本发明还提供了上述nico-mof/mxene-cnf气凝胶复合材料的应用，将nico-mof/mxene-cnf气凝胶复合材料作为超级电容器电极材料使用。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果：

18、(1)本发明通过在三维结构的mxene-cnf气凝胶表面原位生长具有二维纳米片状结构的nico-mof，从而形成三维多孔网络结构的nico-mof/mxene-cnf气凝胶复合材料，该nico-mof/mxene-cnf气凝胶复合材料有效避免了mxene-cnf材料的不可逆团聚和自堆叠现象，同时可为电解质离子的迁移提供高效通道。

19、(2)本发明通过在mxene分散液中加入纳米纤维素制备mxene-cnf气凝胶，相较于常规的mxene气凝胶，其mxene-cnf气凝胶的三维结构成型效果更好，且三维结构更稳定。

20、(3)与纯mxene-cnf气凝胶相比，本发明的nico-mof/mxene-cnf气凝胶复合材料具有更大的质量比电容，更好的储存电荷的能力。

21、以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种nico-mof/mxene-cnf气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:

2.如权利要求1所述的nico-mof/mxene-cnf气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，盐酸的浓度为8～10mol/l，lif的质量与盐酸的体积之比为1～3g:15～30ml；所述max相粉末为ti3alc2、ti2alc、ti3alcn中的一种，所述max相粉末与lif的质量比为1:1～3。

3.如权利要求1所述的nico-mof/mxene-cnf气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，反应所得物先使用盐酸清洗后再使用去离子水清洗至溶液ph到6～7，然后加入去离子水，在0～10℃下超声剥离1～2h，超声剥离完成后，使用12000～15000g离心力离心0.5～1.5h。

4.如权利要求1所述的nico-mof/mxene-cnf气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述纳米纤维素质量为mxene分散液和纳米纤维素总质量的1～10％。

5.如权利要求1所述的nico-mof/mxene-cnf气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，n,n-二甲基甲酰胺、去离子水、酒精的体积比为1:1:1，nicl2·6h2o、cocl2·6h2o、均苯三酸和聚乙烯基吡咯烷酮的质量比1:0.5～2:0.8～1:8～15。

6.如权利要求1所述的nico-mof/mxene-cnf气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中，混合溶液超声分散的温度为5～15℃，时间为20～40min。

7.如权利要求1所述的nico-mof/mxene-cnf气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中，将反应所得物使用去离子水和酒精清洗后，放入干燥箱60℃保持12h烘干。

8.一种nico-mof/mxene-cnf气凝胶复合材料，其特征在于，采用权利要求1～7任一项所述的制备方法制备而成。

9.如权利要求8所述的nico-mof/mxene-cnf气凝胶复合材料，其特征在于，所述nico-mof/mxene-cnf气凝胶复合材料的比表面积为45～73m2g-1；所述nico-mof/mxene-cnf气凝胶复合材料的容量保持率大于70％。

10.权利要求8或9所述的nico-mof/mxene-cnf气凝胶复合材料的应用，其特征在于，nico-mof/mxene-cnf气凝胶复合材料作为超级电容器电极材料使用。

技术总结
本发明提供了一种NiCo‑MOF/MXene‑CNF气凝胶复合材料的制备方法，包括如下步骤:S1、采用LiF和盐酸刻蚀MAX相粉末制备MXene分散液；S2、将MXene分散液与纳米纤维素混合冷冻成冰，干燥得MXene‑CNF气凝胶；S3、N,N‑二甲基甲酰胺、去离子水、酒精、NiCl<subgt;2</subgt;·6H<subgt;2</subgt;O、CoCl<subgt;2</subgt;·6H<subgt;2</subgt;O、均苯三酸、聚乙烯基吡咯烷酮混合，得混合溶液；S4、将混合溶液超声分散后，加入MXene‑CNF气凝胶，置于120～200℃烘箱中反应6～14h，得NiCo‑MOF/MXene‑CNF气凝胶复合材料。该发明通过在三维结构的MXene‑CNF气凝胶表面原位生长具有二维纳米片状结构的NiCo‑MOF，形成三维多孔网络结构的NiCo‑MOF/MXene‑CNF气凝胶复合材料，该复合材料有效避免了MXene材料的不可逆团聚和自堆叠现象，同时为电解质离子的迁移提供高效通道；与纯MXene‑CNF气凝胶相比，NiCo‑MOF/MXene‑CNF气凝胶复合材料具有更优异的质量比电容和储存电荷能力。

技术研发人员：付健健,李林东,李磊,夏启勋,付宁
受保护的技术使用者：安阳工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/12/17