CN106024416A - 氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料及其制备和应用 - Google Patents

氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料及其制备和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN106024416A
CN106024416A CN201610378914.0A CN201610378914A CN106024416A CN 106024416 A CN106024416 A CN 106024416A CN 201610378914 A CN201610378914 A CN 201610378914A CN 106024416 A CN106024416 A CN 106024416A
Authority
CN
China
Prior art keywords
titanium oxide
bar
shaped
doping
titanium carbide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610378914.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106024416B (zh
Inventor
朱建锋
赵倩楠
汤祎
李学林
赵婷
王芬
牛冬娟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shaanxi University of Science and Technology
Original Assignee
Shaanxi University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shaanxi University of Science and Technology filed Critical Shaanxi University of Science and Technology
Priority to CN201610378914.0A priority Critical patent/CN106024416B/zh
Publication of CN106024416A publication Critical patent/CN106024416A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106024416B publication Critical patent/CN106024416B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • H01G11/48—Conductive polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/24—Electrodes characterised by structural features of the materials making up or comprised in the electrodes, e.g. form, surface area or porosity; characterised by the structural features of powders or particles used therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
    • H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors

Abstract

氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料及其制备和应用，采用二维层状碳化钛Ti3C2与不同溶度的尿素水溶液水热的方法合成，得到一种高氮含量的棒状氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料，该复合材料棒状氧化钛分布在片层表面和片层之间，其氮含量占原子总量百分数的10‑35％，不仅提高了材料的比表面积，而且高的氮含量大大增加了纳米复合材料的导电性和润湿性，因此将该材料和导电碳黑加在配置好的粘稠液中，最终制得电极材料；本发明具有制备工艺简单，可控，成本低，氮掺杂含量高，得到的氧化钛形貌新颖等特点。

Description

氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料及其制备 和应用
技术领域
本发明属于纳米功能材料制备技术领域以及电化学储能材料制备技术领域，特别涉及一步法制备氮掺杂棒状二氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料。
背景技术
二维层状碳化钛(MXene)是利用Ti3AlC2层间作用力的差异，通过一定的方法将Al层腐蚀而得到。由于其独特的类石墨烯结构，较大的比表面积，良好的导电性等，使得其在吸附、光催化、生物传感器、锂离子电池、超级电容器等方面得到了广泛的应用。特别是在超级电容器方面，与其他电极材料相比，具有优异的比容量和稳定性。2011年，Wu等人通过将石墨烯在NH3气氛下热处理，得到N-graphene,实验表明处理之后的N-graphene有高的电容和超高的速率性能。2015年，Rakhi等人通过将Ti2C-MXene在N2/H2气氛中热处理，实验结果表明处理之后的Ti2C-MXene的电化学性能比处理之前有很大的提升。
纳米二氧化钛具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性等，被广泛应用于光催化触媒、锂电池等中。但是由于TiO2的导电性较差，从而限制了其在电化学方面的应用。2012年，Lai等人通过将苯胺和TiOSO4溶液在150℃水热处理6h得到了C/N-TiO2，实验表明C/N-TiO2在锂离子电池中表现出了优良的电化学性能。2014年，Li等人通过将TiO2/graphene与尿素在Ar气氛下煅烧，从而得到N-TiO2/N-graphene纳米复合材料，实验表明其在锂离子电池中表现出了高的比容量和速率性能。而且大量研究表明氮掺杂的氧化钛可以提高氧化钛的导电性、润湿性、以及增加其赝电容的活性位点。从而大大提高其电化学性能。
目前氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料还未有氮掺杂纳米复合材料的报道，而且一般氮掺杂方式(如：气氛处理、煅烧)大多采用两步而且氮掺杂含量较低。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明的目的在于提供氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料及其制备和应用，通过一步法制备氮掺杂棒状氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料，并将其应用在电化学电容器上；该制备方法具有制备工艺简单，氮掺杂含量高，氧化钛形貌新颖等特点。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料，棒状氧化钛分布在片层表面和片层之间，其氮含量占原子总量百分数的10-35％。
氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，取Ti3C2粉体50-100mg与50mL尿素水溶液搅拌混合0.5-12h，尿素水溶液中尿素：水的质量比为1:(0.5-50)；
步骤二，将步骤一所得的溶液放入水热釜中，在160℃—200℃下水热12-24h，然后将反应后的粉体用去离子水和无水乙醇清洗数次，再放入40℃的真空烘箱中干燥，即得到活性材料—氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料。
氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料的应用，包括以下步骤：
步骤一，称取1mg的PVDF粉末并分散在盛有320μL-480μLNMP溶剂的玻璃瓶中，低速磁力搅拌20min–40min至透明粘稠状；
步骤二，将制备得到的活性材料—氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料和导电碳黑加到步骤一中的粘稠液中，其中活性材料:导电炭黑:PVDF的质量比为(80-90):(5-15):(5-10)，搅拌1h–6h形成略带粘稠的浆料，然后，量取所述浆料70μL均匀的滴到面积为1cm2的泡沫镍上，放入真空烘箱中于120℃下烘干12h得到干燥后的电极，然后在20MPa压制处理下保压1min，即得到氮掺杂棒状氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料电极。
本发明的有益效果：本发明通过将Ti3C2与不同浓度的尿素水溶液进行水热反应，从而得到一种高氮含量的棒状氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料，具有制备工艺简单，可控，得到的氧化钛形貌新颖等特点。大量的棒状氧化钛分布在片层表面和片层之间，不仅提高了材料的比表面积，而且高的氮含量大大增加了纳米复合材料的导电性和润湿性。以氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛电极作为工作电极，铂片电极为对电极，银氯化银为参比电极，在6mol/L的KOH电解液下，采用CHI660E电化学工作站进行电化学性能测试，如线性循环伏安曲线、恒电流充放电、交流阻抗，具有高的比容量、良好的速率性能和循环稳定性。
附图说明
图1为实施例一氮掺杂的棒状氧化钛/二维纳米碳化钛复合材料的SEM图；其中图1A为示意图，图1B为局部放大图。
图2为实施例一氮掺杂的棒状氧化钛/二维纳米碳化钛复合材料的EDS图。
图3为实施例一氮掺杂的棒状氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料以及二维层状碳化钛的容量随扫描速率(5mV s-1–100mV s-1)的变化曲线。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例一
本实施例的氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料，棒状氧化钛分布在片层表面和片层之间，其氮含量占原子总量百分数的33.48％。
氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，取Ti3C2粉体50mg与50mL尿素水溶液搅拌混合0.5h，尿素水溶液中尿素：水的质量比为1:0.5；
步骤二，将步骤一种所得的溶液放入水热釜中，在180℃下水热12h，然后将反应后的粉体用去离子水和无水乙醇清洗数次，再放入40℃的真空烘箱中干燥，即得到活性材料—氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料。
先按照专利ZL201310497696.9的方法制备三元层状Ti3AlC2陶瓷粉体，再按照专利201410812056.7的方法合成二维层状Ti3C2纳米材料，具体为：(1)利用高能球磨细化纯度大于97％的三元层状Ti3AlC2陶瓷粉体，球磨条件：球石，混料及球磨介质(无水乙醇)的质量比为10:1:1，球磨转速为400r/min，高能球磨时间为4h，然后将所得固液混料在50℃下烘干，得到粒径约为8μm的Ti3AlC2陶瓷粉体；(2)所得Ti3AlC2陶瓷粉体浸没在HF酸溶液中，其中5g Ti3AlC2粉体浸没在100mL质量浓度40wt％HF酸溶液中反应24h；磁力搅拌，对三元层状Ti3AlC2粉体进行腐蚀处理后，用去离子水离心清洗至pH为5～6，将所得固体样品室温干燥，得到二维层状Ti3C2纳米材料。
氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料的应用，包括以下步骤：
步骤一，称取1mg的PVDF粉末并分散在盛有320μL NMP溶剂的玻璃瓶中，低速磁力搅拌30min至透明粘稠状；
步骤二，将制备得到活性材料—氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料和导电碳黑加到步骤一中的粘稠液中，其中活性材料:导电炭黑:PVDF的质量比为85:10:5，搅拌6h形成略带粘稠的浆料，然后，量取所述浆料70μL均匀的滴到面积为1cm2的泡沫镍上，放入真空烘箱中于120℃下烘干12h得到干燥后的电极，然后在20MPa压制处理下保压1min，即得到氮掺杂棒状氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料电极；最后，以氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛电极作为工作电极，铂片电极为对电极，银氯化银为参比电极，在6M的KOH电解液下，采用CHI660E电化学工作站进行电化学性能测试，如线性循环伏安曲线、恒电流充放电、交流阻抗。
参照图1，可以看出得到的产物为棒状氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料
参照图2，可以看出得到的产物的N含量为33.48％。
参照图3，为氮掺杂的棒状氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料以及二维层状碳化钛的容量随扫描速率(5mV s-1–100mV s-1)的变化曲线，说明在相同扫描速率下，比容量相对于掺氮前有明显的提高。
实施例二
本实施例的氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料，棒状氧化钛分布在片层表面和片层之间，其氮含量占原子总量百分数的约25％。
氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，取Ti3C2粉体50mg与50mL尿素水溶液搅拌混合2h，尿素水溶液中尿素：水的质量比为1:1；
步骤二，将步骤一种所得的溶液放入水热釜中，在160℃下水热12h，然后将反应后的粉体用去离子水和无水乙醇清洗数次，再放入40℃的真空烘箱中干燥，即得到活性材料—氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料。
先按照专利ZL201310497696.9的方法制备三元层状Ti3AlC2陶瓷粉体，再按照专利201410812056.7的方法合成二维层状Ti3C2纳米材料，具体为：(1)利用高能球磨细化纯度大于97％的三元层状Ti3AlC2陶瓷粉体，球磨条件：球石，混料及球磨介质(无水乙醇)的质量比为10:1:1，球磨转速为400r/min，高能球磨时间为4h，然后将所得固液混料在50℃下烘干，得到粒径约为8μm的Ti3AlC2陶瓷粉体；(2)所得Ti3AlC2陶瓷粉体浸没在HF酸溶液中，其中5g Ti3AlC2粉体浸没在100mL质量浓度40wt％HF酸溶液中反应24h；磁力搅拌，对三元层状Ti3AlC2粉体进行腐蚀处理后，用去离子水离心清洗至pH为5～6，将所得固体样品室温干燥，得到二维层状Ti3C2纳米材料。
氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料的应用，包括以下步骤：
步骤一，称取1mg的PVDF粉末并分散在盛有400μL NMP溶剂的玻璃瓶中，低速磁力搅拌40min至透明粘稠状；
步骤二，将制备得到活性材料—氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料和导电碳黑加到步骤一中的粘稠液中，其中活性材料:导电炭黑:PVDF的质量比为80:15:5，搅拌3h形成略带粘稠的浆料，然后，量取所述浆料70μL均匀的滴到面积为1cm2的泡沫镍上，放入真空烘箱中于120℃下烘干12h得到干燥后的电极，然后在20MPa压制处理下保压1min，即得到氮掺杂棒状氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料电极；最后，以氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛电极作为工作电极，铂片电极为对电极，银氯化银为参比电极，在6M的KOH电解液下，采用CHI660E电化学工作站进行电化学性能测试，如线性循环伏安曲线、恒电流充放电、交流阻抗。
实施例三
本实施例的氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料，棒状氧化钛分布在片层表面和片层之间，其氮含量占原子总量百分数的22％。
氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，取Ti3C2粉体50mg与50mL尿素水溶液搅拌混合4h，尿素水溶液中尿素：水的质量比为1:2；
步骤二，将步骤一种所得的溶液放入水热釜中，在200℃下水热12h，然后将反应后的粉体用去离子水和无水乙醇清洗数次，再放入40℃的真空烘箱中干燥，即得到活性材料—氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料。
先按照专利ZL201310497696.9的方法制备三元层状Ti3AlC2陶瓷粉体，再按照专利201410812056.7的方法合成二维层状Ti3C2纳米材料，具体为：(1)利用高能球磨细化纯度大于97％的三元层状Ti3AlC2陶瓷粉体，球磨条件：球石，混料及球磨介质(无水乙醇)的质量比为10:1:1，球磨转速为400r/min，高能球磨时间为4h，然后将所得固液混料在50℃下烘干，得到粒径约为8μm的Ti3AlC2陶瓷粉体；(2)所得Ti3AlC2陶瓷粉体浸没在HF酸溶液中，其中5g Ti3AlC2粉体浸没在100mL质量浓度40wt％HF酸溶液中反应24h；磁力搅拌，对三元层状Ti3AlC2粉体进行腐蚀处理后，用去离子水离心清洗至pH为5～6，将所得固体样品室温干燥，得到二维层状Ti3C2纳米材料。
氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料的应用，包括以下步骤：
步骤一，称取1mg的PVDF粉末并分散在盛有480μL NMP溶剂的玻璃瓶中，低速磁力搅拌20min至透明粘稠状；
步骤二，将制备得到的活性材料—氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料和导电碳黑加到步骤一中的粘稠液中，其中活性材料:导电炭黑:PVDF的质量比为90:5:5，搅拌2h形成略带粘稠的浆料，然后，量取所述浆料70μL均匀的滴到面积为1cm2的泡沫镍上，放入真空烘箱中于120℃下烘干12h得到干燥后的电极，然后在20MPa压制处理下保压1min，即得到氮掺杂棒状氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料电极。最后，以氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛电极作为工作电极，铂片电极为对电极，银氯化银为参比电极，在6M的KOH电解液下，采用CHI660E电化学工作站进行电化学性能测试，如线性循环伏安曲线、恒电流充放电、交流阻抗。
实施例四
本实施例的氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料，棒状氧化钛分布在片层表面和片层之间，其氮含量占原子总量百分数的18％。
氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，取Ti3C2粉体100mg与50mL尿素水溶液搅拌混合6h，尿素水溶液中尿素：水的质量比为1:5；
步骤二，将步骤一种所得的溶液放入水热釜中，在180℃下水热24h，然后将反应后的粉体用去离子水和无水乙醇清洗数次，再放入40℃的真空烘箱中干燥，即得到活性材料—氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料。
先按照专利ZL201310497696.9的方法制备三元层状Ti3AlC2陶瓷粉体，再按照专利201410812056.7的方法合成二维层状Ti3C2纳米材料，具体为：(1)利用高能球磨细化纯度大于97％的三元层状Ti3AlC2陶瓷粉体，球磨条件：球石，混料及球磨介质(无水乙醇)的质量比为10:1:1，球磨转速为400r/min，高能球磨时间为4h，然后将所得固液混料在50℃下烘干，得到粒径约为8μm的Ti3AlC2陶瓷粉体；(2)所得Ti3AlC2陶瓷粉体浸没在HF酸溶液中，其中5g Ti3AlC2粉体浸没在100mL质量浓度40wt％HF酸溶液中反应24h；磁力搅拌，对三元层状Ti3AlC2粉体进行腐蚀处理后，用去离子水离心清洗至pH为5～6，将所得固体样品室温干燥，得到二维层状Ti3C2纳米材料。
氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料的应用，包括以下步骤：
步骤一，称取1mg的PVDF粉末并分散在盛有320μL NMP溶剂的玻璃瓶中，低速磁力搅拌30min至透明粘稠状；
步骤二，将制备得到的活性材料—氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料和导电碳黑加到步骤一中的粘稠液中，其中活性材料:导电炭黑:PVDF的质量比为85:10:5，搅拌1h形成略带粘稠的浆料，然后，量取所述浆料70μL均匀的滴到面积为1cm2的泡沫镍上，放入真空烘箱中于120℃下烘干12h得到干燥后的电极，然后在20MPa压制处理下保压1min，即得到氮掺杂棒状氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料电极。最后，以氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛电极作为工作电极，铂片电极为对电极，银氯化银为参比电极，在6M的KOH电解液下，采用CHI660E电化学工作站进行电化学性能测试，如线性循环伏安曲线、恒电流充放电、交流阻抗。
实施例五
本实施例的氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料，棒状氧化钛分布在片层表面和片层之间，其氮含量占原子总量百分数的13％。
氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，取Ti3C2粉体100mg与50mL尿素水溶液搅拌混合8h，尿素水溶液中尿素：水的质量比为1:10；
步骤二，将步骤一种所得的溶液放入水热釜中，在160℃下水热24h，然后将反应后的粉体用去离子水和无水乙醇清洗数次，再放入40℃的真空烘箱中干燥，即得到活性材料—氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料。
先按照专利ZL201310497696.9的方法制备三元层状Ti3AlC2陶瓷粉体，再按照专利201410812056.7的方法合成二维层状Ti3C2纳米材料，具体为：(1)利用高能球磨细化纯度大于97％的三元层状Ti3AlC2陶瓷粉体，球磨条件：球石，混料及球磨介质(无水乙醇)的质量比为10:1:1，球磨转速为400r/min，高能球磨时间为4h，然后将所得固液混料在50℃下烘干，得到粒径约为8μm的Ti3AlC2陶瓷粉体；(2)所得Ti3AlC2陶瓷粉体浸没在HF酸溶液中，其中5g Ti3AlC2粉体浸没在100mL质量浓度40wt％HF酸溶液中反应24h；磁力搅拌，对三元层状Ti3AlC2粉体进行腐蚀处理后，用去离子水离心清洗至pH为5～6，将所得固体样品室温干燥，得到二维层状Ti3C2纳米材料。
氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料的应用，包括以下步骤：
步骤一，称取1mg的PVDF粉末并分散在盛有400μL NMP溶剂的玻璃瓶中，低速磁力搅拌40min至透明粘稠状；
步骤二，将制备得到的活性材料—氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料和导电碳黑加到步骤一中的粘稠液中，其中活性材料:导电炭黑:PVDF的质量比为80:15:5，搅拌6h形成略带粘稠的浆料，然后，量取所述浆料70μL均匀的滴到面积为1cm2的泡沫镍上，放入真空烘箱中于120℃下烘干12h得到干燥后的电极，然后在20MPa压制处理下保压1min，即得到氮掺杂棒状氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料电极；最后，以氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛电极作为工作电极，铂片电极为对电极，银氯化银为参比电极，在6M的KOH电解液下，采用CHI660E电化学工作站进行电化学性能测试，如线性循环伏安曲线、恒电流充放电、交流阻抗。
实施例六
本实施例的氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料，棒状氧化钛分布在片层表面和片层之间，其氮含量占原子总量百分数的10％。
氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，取Ti3C2粉体100mg与50mL尿素水溶液搅拌混合12h，尿素水溶液中尿素：水的质量比为1:50；
步骤二，将步骤一种所得的溶液放入水热釜中，在200℃下水热24h，然后将反应后的粉体用去离子水和无水乙醇清洗数次，再放入40℃的真空烘箱中干燥，即得到活性材料—氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料。
先按照专利ZL201310497696.9的方法先备三元层状Ti3AlC2陶瓷粉体，再按照专利201410812056.7的方法合成二维层状Ti3C2纳米材料，具体为：(1)利用高能球磨细化纯度大于97％的三元层状Ti3AlC2陶瓷粉体，球磨条件：球石，混料及球磨介质(无水乙醇)的质量比为10:1:1，球磨转速为400r/min，高能球磨时间为4h，然后将所得固液混料在50℃下烘干，得到粒径约为8μm的Ti3AlC2陶瓷粉体；(2)所得Ti3AlC2陶瓷粉体浸没在HF酸溶液中，其中5g Ti3AlC2粉体浸没在100mL质量浓度40wt％HF酸溶液中反应24h；磁力搅拌，对三元层状Ti3AlC2粉体进行腐蚀处理后，用去离子水离心清洗至pH为5～6，将所得固体样品室温干燥，得到二维层状Ti3C2纳米材料。
氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料的应用，包括以下步骤：
步骤一，称取1mg的PVDF粉末并分散在盛有480μL NMP溶剂的玻璃瓶中，低速磁力搅拌20min至透明粘稠状；
步骤二，将制备得到活性材料—氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料和导电碳黑加到步骤一中的粘稠液中，其中活性材料:导电炭黑:PVDF的质量比为90:5:5，搅拌4h形成略带粘稠的浆料，然后，量取所述浆料70μL均匀的滴到面积为1cm2的泡沫镍上，放入真空烘箱中于120℃下烘干12h得到干燥后的电极，然后在20MPa压制处理下保压1min，即得到氮掺杂棒状氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料电极；最后，以氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛电极作为工作电极，铂片电极为对电极，银氯化银为参比电极，在6M的KOH电解液下，采用CHI660E电化学工作站进行电化学性能测试，如线性循环伏安曲线、恒电流充放电、交流阻抗。

Claims (6)

1.氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料，其特征在于，棒状氧化钛分布在片层表面和片层之间，其氮含量占原子总量百分数的10-35％。
2.基于权利要求1所述的氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，取Ti3C2粉体50-100mg与50mL尿素水溶液搅拌混合0.5-12h，尿素水溶液中尿素：水的质量比为1:(0.5-50)；
步骤二，将步骤一所得的溶液放入水热釜中，在160℃—200℃下水热12-24h，然后将反应后的粉体用去离子水和无水乙醇清洗数次，再放入40℃的真空烘箱中干燥，即得到活性材料—氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料。
3.基于权利要求1或2所述的氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料的应用，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，称取1mg的PVDF粉末并分散在盛有320μL-480μLNMP溶剂的玻璃瓶中，低速磁力搅拌20min–40min至透明粘稠状；
步骤二，将制备得到的活性材料—氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料和导电碳黑加到步骤一中的粘稠液中，其中活性材料:导电炭黑:PVDF的质量比为(80-90):(5-15):(5-10)，搅拌1h–6h形成略带粘稠的浆料，然后，量取所述浆料70μL均匀的滴到面积为1cm2的泡沫镍上，放入真空烘箱中于120℃下烘干12h得到干燥后的电极，然后在20MPa压制处理下保压1min，即得到氮掺杂棒状氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料电极。
4.根据权利要求1所述的氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料，其特征在于，
棒状氧化钛分布在片层表面和片层之间，其氮含量占原子总量百分数的33.48％。
5.根据权利要求2所述的氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，取Ti3C2粉体50mg与50mL尿素水溶液搅拌混合0.5h，尿素水溶液中尿素：水的质量比为1:0.5；
步骤二，将步骤一所得的溶液放入水热釜中，在180℃下水热12h，然后将反应后的粉体用去离子水和无水乙醇清洗数次，再放入40℃的真空烘箱中干燥，即得到活性材料—氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料。
6.根据权利要求3所述的氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料的应用，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，称取1mg的PVDF粉末并分散在盛有320μL NMP溶剂的玻璃瓶中，低速磁力搅拌30min至透明粘稠状；
步骤二，将制备得到的活性材料—氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料和导电碳黑加到步骤一中的粘稠液中，其中活性材料:导电炭黑:PVDF的质量比为85:10:5，搅拌6h形成略带粘稠的浆料，然后，量取所述浆料70μL均匀的滴到面积为1cm2的泡沫镍上，放入真空烘箱中于120℃下烘干12h得到干燥后的电极，然后在20MPa压制处理下保压1min，即得到氮掺杂棒状氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合材料电极。
CN201610378914.0A 2016-05-31 2016-05-31 氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料及其制备和应用 Active CN106024416B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610378914.0A CN106024416B (zh) 2016-05-31 2016-05-31 氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料及其制备和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610378914.0A CN106024416B (zh) 2016-05-31 2016-05-31 氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料及其制备和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106024416A true CN106024416A (zh) 2016-10-12
CN106024416B CN106024416B (zh) 2018-05-04

Family

ID=57093240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610378914.0A Active CN106024416B (zh) 2016-05-31 2016-05-31 氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料及其制备和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106024416B (zh)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107159286A (zh) * 2017-05-18 2017-09-15 深圳大学 一种Ti3C2/TiO2二维材料的制备方法
CN107649161A (zh) * 2017-09-14 2018-02-02 河北麦森钛白粉有限公司 一种双掺杂金红石相TiO2纳米棒的制备方法
CN108346519A (zh) * 2018-01-26 2018-07-31 陕西科技大学 一种MXene-羟基修饰碳化钛超薄纳米带及其无氟合成方法
CN109273697A (zh) * 2018-11-19 2019-01-25 济南大学 一种二维层状TiO2@Ti3C2电极材料及其制备方法
CN109317179A (zh) * 2018-10-22 2019-02-12 苏州大学 二维氮掺杂碳基二氧化钛复合材料及其制备方法与在降解去除水中有机污染物中的应用
CN110002493A (zh) * 2019-03-28 2019-07-12 盐城工学院 一种二维Ti3C2/TiO2-x纳米复合材料的制备方法
CN112034026A (zh) * 2020-08-04 2020-12-04 大连理工大学 一种用于检测亚硝酸盐的电化学传感器、制备方法及应用
EP3661641A4 (en) * 2017-08-01 2021-04-21 Drexel University MXEN SORPTION AGENT FOR THE REMOVAL OF SMALL MOLECULES FROM A DIALYSATE
CN113145152A (zh) * 2021-02-01 2021-07-23 重庆工商大学 一种可见光催化一锅多方向化学选择性n-烷基化方法
CN114039060A (zh) * 2021-11-09 2022-02-11 北京师范大学 一种N-TiO2/Ti3C2Tx异质MXene结构材料、制备及其应用
US11296243B2 (en) 2014-09-25 2022-04-05 Drexel University Physical forms of MXene materials exhibiting novel electrical and optical characteristics
US11411218B2 (en) 2015-04-20 2022-08-09 Drexel University Two-dimensional, ordered, double transition metals carbides having a nominal unit cell composition M′2M″NXN+1

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102602917A (zh) * 2012-03-19 2012-07-25 华南理工大学 氮掺杂石墨烯/金属氧化物纳米复合材料的制备方法
US20140333264A1 (en) * 2011-02-18 2014-11-13 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Battery with hybrid electrocatalysts
CN104415772A (zh) * 2013-08-23 2015-03-18 国家纳米科学中心 一种氮掺杂还原氧化石墨烯/氮掺杂二氧化钛复合材料及其制备方法和应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140333264A1 (en) * 2011-02-18 2014-11-13 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Battery with hybrid electrocatalysts
CN102602917A (zh) * 2012-03-19 2012-07-25 华南理工大学 氮掺杂石墨烯/金属氧化物纳米复合材料的制备方法
CN104415772A (zh) * 2013-08-23 2015-03-18 国家纳米科学中心 一种氮掺杂还原氧化石墨烯/氮掺杂二氧化钛复合材料及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WENJING YUAN,JUCHUAN LI,LIKUN WANG,PING CHEN,ANJIAN XIE,AND YU: "Nanocomposite of N‑Doped TiO2 Nanorods and Graphene as an Effective Electrocatalyst for the Oxygen Reduction Reaction", 《ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES》 *

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11296243B2 (en) 2014-09-25 2022-04-05 Drexel University Physical forms of MXene materials exhibiting novel electrical and optical characteristics
US11411218B2 (en) 2015-04-20 2022-08-09 Drexel University Two-dimensional, ordered, double transition metals carbides having a nominal unit cell composition M′2M″NXN+1
CN107159286A (zh) * 2017-05-18 2017-09-15 深圳大学 一种Ti3C2/TiO2二维材料的制备方法
US11278862B2 (en) 2017-08-01 2022-03-22 Drexel University Mxene sorbent for removal of small molecules from dialysate
EP3661641A4 (en) * 2017-08-01 2021-04-21 Drexel University MXEN SORPTION AGENT FOR THE REMOVAL OF SMALL MOLECULES FROM A DIALYSATE
US11772066B2 (en) 2017-08-01 2023-10-03 Drexel University MXene sorbent for removal of small molecules from dialysate
CN107649161B (zh) * 2017-09-14 2019-11-05 河北麦森钛白粉有限公司 一种双掺杂金红石相TiO2纳米棒的制备方法
CN107649161A (zh) * 2017-09-14 2018-02-02 河北麦森钛白粉有限公司 一种双掺杂金红石相TiO2纳米棒的制备方法
CN108346519A (zh) * 2018-01-26 2018-07-31 陕西科技大学 一种MXene-羟基修饰碳化钛超薄纳米带及其无氟合成方法
CN109317179A (zh) * 2018-10-22 2019-02-12 苏州大学 二维氮掺杂碳基二氧化钛复合材料及其制备方法与在降解去除水中有机污染物中的应用
CN109273697A (zh) * 2018-11-19 2019-01-25 济南大学 一种二维层状TiO2@Ti3C2电极材料及其制备方法
CN110002493A (zh) * 2019-03-28 2019-07-12 盐城工学院 一种二维Ti3C2/TiO2-x纳米复合材料的制备方法
CN110002493B (zh) * 2019-03-28 2021-04-23 盐城工学院 一种二维Ti3C2/TiO2-x纳米复合材料的制备方法
CN112034026A (zh) * 2020-08-04 2020-12-04 大连理工大学 一种用于检测亚硝酸盐的电化学传感器、制备方法及应用
CN113145152B (zh) * 2021-02-01 2022-05-27 重庆工商大学 一种可见光催化一锅多方向化学选择性n-烷基化方法
CN113145152A (zh) * 2021-02-01 2021-07-23 重庆工商大学 一种可见光催化一锅多方向化学选择性n-烷基化方法
CN114039060A (zh) * 2021-11-09 2022-02-11 北京师范大学 一种N-TiO2/Ti3C2Tx异质MXene结构材料、制备及其应用
CN114039060B (zh) * 2021-11-09 2023-08-22 北京师范大学 一种N-TiO2/Ti3C2Tx异质MXene结构材料、制备及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN106024416B (zh) 2018-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106024416A (zh) 氮掺杂棒状的氧化钛/二维层状碳化钛纳米复合电极材料及其制备和应用
CN107904614B (zh) 一种Ni3S2@Ni-Fe LDH析氧电催化电极及其制备方法与应用
CN106098394B (zh) 二维层状氮掺杂Ti3C2“纸”纳米复合材料及其制备方法及用该材料制备复合电极的方法
CN107785181A (zh) 一种超级电容器电极材料及其制备方法
CN105023768B (zh) 泡沫镍基氧化镍电极材料及其制备方法
CN105788875B (zh) 四氧化三钴纳米线/还原氧化石墨烯水凝胶复合材料及其制备和应用
CN103426649B (zh) 不同碳纤维/氢氧化钴电极和固液复合电极体系的制备方法
CN104979105B (zh) 一种氮掺杂多孔碳材料、制备方法及其应用
CN106024408B (zh) 一种氧化钌-硫化铜复合材料、应用及一种超级电容器用的电极片
CN105895385B (zh) 一种氧化钛柱状阵列/二维层状碳化钛电极材料及其制备和应用
CN107335451A (zh) 铂/二硫化钼纳米片/石墨烯三维复合电极催化剂的制备方法
CN101800131A (zh) 一种活性碳基材料及其制备方法
CN107195485A (zh) 一种花状CoAl双金属氢氧化物电极材料的制备方法
CN108295870A (zh) 硫化物-石墨烯复合材料光电催化剂的制备方法
CN104362001A (zh) 二氧化锰/石墨烯/多孔碳复合材料的制备及其作为超级电容器电极材料的应用
CN109794264A (zh) 一种微米花球状高性能全解水双功能电催化剂FeOOH/Ni3S2的制备方法
CN108538641A (zh) 一种三维多孔无机非金属元素掺杂石墨烯气凝胶复合材料及其制备方法和应用
CN105720246A (zh) 颗粒状二氧化锡/二维纳米碳化钛复合材料及应用
CN107758750A (zh) 一种水热法制备不同形貌的氢氧化镍纳米片的方法
CN102593479A (zh) 一种具有Sb掺杂SnO2薄膜涂层的304不锈钢双极板及其制备方法和应用
CN108288547A (zh) 氮磷硫三元共掺杂有序介孔碳材料的制备方法
Jiang et al. Fungi-derived, functionalized, and wettability-improved porous carbon materials: an excellent electrocatalyst toward VO2+/VO2+ redox reaction for vanadium redox flow battery
CN105489397A (zh) 一种化学改性碳材料/石墨烯/RuO2三元复合材料的制备方法及应用
CN105883925B (zh) 一种介孔四氧化三锰及其制备方法
CN104091936B (zh) 一种MoS2纳米瓦/石墨烯复合纳米材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant