CN113394029A - 基于3D打印的MXene电极制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种基于3D打印的MXene电极制备方法，包括：提供空心的树脂模板；向所述树脂模板内注入MXene分散液；移除所述树脂模板，得到MXene电极坯；对所述MXene电极坯进行凝胶化处理，得到MXene水凝胶；将所述MXene水凝胶进行冷冻干燥处理，得到MXene电极。本申请的基于3D打印的MXene电极制备方法，通过光固化3D打印定制三维电极模型，向模型中注入MXene分散液并依次进行凝胶化、冷冻干燥处理，以制备得到MXene电极，具有设计自由度高、打印材质适用性广、制备的MXene电极电化学性能优秀的有益效果。
Description
技术领域
本申请涉及超级电容器制备领域，尤其涉及基于3D打印的MXene电极制备方法。
背景技术
随着5G通信技术的普及，以及对电子设备的高性能需求，催生了高性能储能器件研究。目前可定制化的微超级电容器(MSCs)，其具有相对较高能量密度和适合集成与微型化电子的特性而被广泛研究。类似于传统超级电容器，MSCs的存储性能高度依赖于其电极材料的固有特性和电荷存储机制，同时也受到不同组件的构型而显著出影响“架构”特性。例如，控制指间电极大小与间隔可以影响离子传输特性，进而影响MSCs的容量与功率密度性能。对于微电子器件来说，电极材料的选择和器件结构的设计中，受限于微电子器件的体积和面积，因此对于具有高面积与高体积能量密度/功率密度的微型储能器件具有迫切的需求。
MXene是一种重要的二维纳米材料，由于其在元素组成、亲水性、金属性质、独特的平面各向异性结构、高电荷载流子迁移率、高比表面积、可调能带以及良好的力学性能等方面的优势而被广泛研究。MXene作为电化学电极或光电催化剂显示了优异的性能，因此在能源存储应用中展示了超越传统电极材料的潜力。然而类似于石墨烯等二维材料，MXene具有自堆叠特性，再堆砌团聚的二维材料纳米片在储能器件中会阻碍带电离子的传输与插层，从而影响了储能器件的容量和倍率性能。为了解决MXene电极内部纳米片的堆砌问题，众多研究通过插层、分层、功能化、杂化等手段开发了MXene复合电极进而改善MXene的层间堆砌问题，但是基于精确可控方法高效制备MXene电极依然存在挑战，限制了MXene作为电极材料的实际应用。利用3D打印技术通过宏观结构设计优化二维金属钛碳化物MXene的自堆叠，可有效提升其电极的容量性能。但是目前报道的MXene3D打印都是基于直接书写型3D打印(ACS Nano 2020,14,640-650，ACS Nano 2020,14,867-876，Adv.Energy Mater.2019,1901839)，该方法对于打印墨水的流变性具有要求，需要其具有剪切变稀和连续成型的特性。为了满足该特性一般需要添加添加剂来改善其流变性，添加剂的加入会导致MXene本征活性的降低，进而影响电化学活性。同时其基于简单的堆柴式结构不能满足电极结构任意定制化，因此提供一种无添加剂，任意三维结构设计的3D打印技术具有重要应用价值。
发明内容
有鉴于此，有必要提出一种基于3D打印的MXene电极制备方法，以便利、可定制地制备高性能MXene电极。
本申请一实施方式提出一种基于3D打印的MXene电极制备方法，包括：
提供空心的树脂模板；
向所述树脂模板内注入MXene分散液；
移除所述树脂模板，得到MXene电极坯；
对所述MXene电极坯进行凝胶化处理，得到MXene水凝胶；
将所述MXene水凝胶进行冷冻干燥处理，得到MXene电极。
在至少一个实施方式中，所述提供空心的树脂模板的步骤，包括；
构建所述MXene电极的三维电极模型；
基于所述三维电极模型将打印树脂通过3D打印方式得到所述树脂模板。
在至少一个实施方式中，所述打印树脂包括GR型光敏树脂、GT型光敏树脂、UT型光敏树脂、UTL型光敏树脂、PEG型光敏树脂中的至少一种。
在至少一个实施方式中，所述移除所述树脂模板，得到MXene电极坯的步骤，包括将充满所述MXene分散液的所述树脂模板浸入溶液中，所述溶液用于水解所述树脂模板。
在至少一个实施方式中，所述溶液包括碱性水溶液、乙醇、丙酮中的至少一种。
在至少一个实施方式中，所述凝胶化处理包括使用含有正电的离子处理所述MXene电极坯。
在至少一个实施方式中，所述MXene分散液的制备步骤包括：
对金属碳化物进行化学剥离，得到MXene悬浊液；
对所述MXene悬浊液进行离心，移除底部沉淀，得到MXene均匀溶液；
对所述MXene均匀溶液进行离心，移除上清液，浓缩得到MXene分散液。
在至少一个实施方式中，所述化学剥离包括：
向所述金属碳化物加入氢氟酸并持续搅拌，同时进行震荡处理。
在至少一个实施方式中，所述金属碳化物包括Mo3AlC2、Mo2TiAlC2、Nb4AlC3、Ti3AlC2和V2AlC中的一者。
在至少一个实施方式中，所述MXene分散液包括Ti2CTx，Mo2CTx，Nb4C3Tx，V2CTx。
相较于现有技术，本申请的基于3D打印的MXene电极制备方法，通过光固化3D打印定制三维电极模型，向模型中注入MXene分散液并依次进行凝胶化、冷冻干燥处理，以制备得到MXene电极，具有设计自由度高、打印材质适用性广、制备的MXene电极电化学性能优秀的有益效果。
附图说明
图1为本申请一实施例中基于3D打印的MXene电极制备方法的步骤流程图；
图2为图1所示的方法中向树脂模板注入MXene分散液的示意图；
图3为图1所示的方法中MXene分散液的金属碳化物的透射电子显微镜图像；
图4为图1所示的方法中MXene分散液的金属碳化物的原子层尺寸及厚度统计图；
图5中的a为图1所示的方法中MXene电极的电化学测试装置的示意图；
图5中的b为图1所示的方法中MXene电极的电化学测试装置的实物图；
图6为图1所示的方法中MXene电极的循环伏测试图；
图7为图1所示的方法中MXene电极在不同倍率下的面容量性能图；
图8为图1所示的方法中不同结构的树脂模板的扫描电子显微镜图像和光学照片；
图9为本申请另一实施例中基于3D打印的MXene电极制备方法中MXene悬浊液的金属碳化物的透射电子显微镜图像。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
请参阅图1，本申请提供一种基于3D打印的MXene电极制备方法，包括：
S11：提供空心的树脂模板；
S12：向树脂模板内注入MXene分散液；
S13：移除树脂模板，得到MXene电极坯；
S14：对MXene电极坯进行凝胶化处理，得到MXene水凝胶；
S15：将MXene水凝胶进行冷冻干燥处理，得到MXene电极。
需要解释的是，本实施例利用树脂模板成型的方式，可以得到高精度、可定制的电极。相较于涂布、刮涂、喷涂等传统的电极制备方法，本实施例可以制备任意三维结构的、循环稳定性良好、面积比容量/功率密度高的MXene电容器，以符合超级电容器对电极的高性能要求。
请参阅图2，本实施例可以采用高精度注射泵对树脂模板进行灌注，以实现高精度的过程控制。
于一实施例中，提供空心的树脂模板的步骤，包括；
构建MXene电极的三维电极模型；
基于三维电极模型将打印树脂通过3D打印方式得到树脂模板。
本实施例可以采用DLP(Digital Light Procession)数字光处理型3D打印制备MXene电极的树脂模板，DLP数字光处理型3D打印通过软件设计模型切片，并利用光固化将含有单体的光敏树脂进行聚合形成3D模型。DLP3D打印是基于DMD(Digital MicromirrorDevice)数字微镜元件以实现可视数字信息显示的技术。相较于其他3D打印如粉末床融化(Powder bed fusion)型，材料喷射(Material jetting)型，材料挤出式(materialextrusion)等技术，DLP型3D打印具有加工精度高，可定制结构等优点。空心树脂模板是根据所制备的电极形状而设计，其中的空腔用于容纳MXene分散液，MXene分散液固化成型为预设形状的电极坯。
于一实施例中，打印树脂可以包括GR型光敏树脂、GT型光敏树脂、UT型光敏树脂、UTL型光敏树脂、PEG型光敏树脂中的至少一者。
利用光敏树脂具有感光特性，通过聚合反应由液态转化为固态，其成型后具有高强度、耐高温、防水等特性。
于一实施例中，移除树脂模板，得到MXene电极坯的步骤，包括将充满MXene分散液的树脂模板浸入溶液中，溶液用于水解树脂模板。
将树脂模板水解，可以从中取出成型的MXene电极坯。
于一实施例中，溶液包括碱性水溶液、乙醇、丙酮中的至少一种。
需要解释的是，通过碱性水溶液，或乙醇、丙酮等有机溶液，对MXene电极坯进行反复清洗、浸泡数小时，以去除残留的未被光引发发生聚合反应的树脂。
于一实施例中，凝胶化处理包括使用含有正电的离子处理MXene电极坯。
需要解释的是，所使用的含有正电的离子可以是含金属离子如Na+，Mg2+，Fe3+等的溶液，也可以是聚苯胺、聚吡咯等含正电荷的聚合物。
于一实施例中，MXene分散液的制备步骤可以包括：
S21：对金属碳化物进行化学剥离，得到MXene悬浊液；
S22：对MXene悬浊液进行离心，移除底部沉淀，得到MXene均匀溶液；
S23：对MXene均匀溶液进行离心，移除上清液，浓缩得到MXene分散液。
通过对金属碳化物依次进行化学剥离、离心等步骤，得到厚度为1～5个原子层、片径为1～10μm的MXene分散液。
于一实施例中，化学剥离包括：
向金属碳化物加入氢氟酸并持续搅拌，同时进行震荡处理。
本实施例中可以将1～10g金属碳化物粉末加入30％盐酸及2g氟化锂的混合液中，持续搅拌以去除原料体相原子层中的铝(Al)层，再使用摇床对样品进行反复震荡，通过水流的冲击将刻蚀好的样品进一步剥离，随后再对样品进行多次离心清洗，得到所需的MXene分散液。
于一实施例中，金属碳化物包括Mo3AlC2、Mo2TiAlC2、Nb4AlC3、Ti3AlC2和V2AlC中的一者。
本实施例采用高质量的上述原料，以实现高性能MXene的电极制备。
于一实施例中，MXene分散液包括Ti2CTx，Mo2CTx，Nb4C3Tx，V2CTx中的一者。经处理得到的MXene分散液包含但不限于上述结构，其中Tx代表表面官能团，如羟基、氧或者氟等。
以下结合实施例对本发--明特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
首先通过制图软件设计几何尺寸为0.5cm*0.5cm*0.5cm的正八面体阵列中空的树脂模板模型，其内部空心管直径为100μm，利用切片软件将模型进行切片，将对应的切片模型信息导入到3D打印软件，选用GR型光敏树脂通过DLP型3D打印(nanoArch P140)制备中空的树脂模板。
取2g氟化锂与9M 40ml盐酸在聚四氟烧杯中搅拌30min(转速为400rpm)。将1g金属碳化钼(Ti3AlC2)原料缓慢加入上述溶液中于恒温35℃搅拌48h，随后将上述酸性悬浮液用去离子水反复洗涤7～12次直到溶液pH为6，清洗过程中通过振动摇床反复摇晃悬浊液，进一步将刻蚀的产物剥离成分散的MXene纳米片的MXene悬浊液。将MXene悬浊液于3500rpm离心5分钟，移除底部沉淀，得到均匀分散的Ti3C2Tx溶液。将溶液在11000rpm下离心50分钟，去除上清液，浓缩至合适的浓度范围，得到作为3D打印注入的墨水(5～140mg/mL)的MXene分散液。
将上述浓度为10mg/mLMXene分散液填充到注射泵中，用紫外光固化胶将3D模型注入口和注射器软管相接，以100μm/min的流速匀速的将Ti3C2Tx MXene分散液泵压注入到3D树脂模板内部。当树脂模板内的空心管被填满后，将树脂模板浸渍在5M的KOH溶液里并于80℃下保温10h。
在该过程中利用水解反应去除树脂模板，再通过凝胶化制备得到3D结构的MXene水凝胶。通过反复清洗至酸碱性为中性以移除残余的KOH。随后将样品进行冷冻、干燥得到3D结构MXene电极。
将上述制备的3D结构Ti3C2TxMXene电极通过导电银奖粘在玻碳电极上，通过三通管Swagelok电池装置进行对称性电容器性能测试，选用的电解液为1M的H2SO4。
请参阅图3及图4，其中图3为MXene分散液所剥离的Ti3C2Tx的透射电子显微镜图像，图4为MXene分散液所剥离的Ti3C2Tx的原子层尺寸及厚度统计图。
请参阅图5中的a与b，为电化学测试装置的示意图，用该装置对Ti3C2Tx电极进行电化学性能测试，并得到如图6、图7的测试结果。
请参阅图8，为实施例1中不同3D结构的Ti3C2Tx MXene扫描电子显微镜图像和光学照片。
实施例2
首先通过制图软件设计几何尺寸为1cm*1cm*1cm的正八面体阵列中空的树脂模板模型，内部空心管直径为50μm，利用切片软件将模型进行切片，将对应的切片模型信息导入到3D打印软件，选用GT型光敏树脂通过DLP型3D打印(nanoArch P140)制备中空的树脂模板。
取2g氟化锂与9M 40ml盐酸在聚四氟烧杯中搅拌30min(转速为400rpm)，再将2g金属碳化钼(Mo3AlC2)原料缓慢加入上述溶液中，并在恒温35℃搅拌24h，随后将上述酸性溶液用去离子水反复洗涤10～12次直到溶液pH为6，清洗过程中通过振动摇床反复摇晃悬浊液，进一步将刻蚀的产物剥离成分散的MXene纳米片，得到MXene悬浊液。将MXene悬浊液于3500rpm离心5分钟，移除底部沉淀，得到均匀分散的MXene溶液。将MXene溶液进一步在11000rpm离心90分钟，去除上清液，浓缩至合适的浓度范围，得到作为3D打印注入的墨水(10-140mg/mL)的MXene分散液。
将上述浓度为20mg/mLMXene溶液填充到注射泵中，用紫外光固化胶将3D模型注入口和注射器软管相接，以50μm/min流速匀速的将MXene分散液注入到3D树脂模型内部。当模型空心管被填满后，将模型浸渍在5M的KOH溶液里并于80℃下保温5h。
在该过程中利用水解反应去除树脂模板，再通过凝胶化制备得到多结构的MXene水凝胶。通过反复清洗至酸碱性为中性以移除残余的KOH。随后将样品进行冷冻、干燥得到3D结构的MXene电极。
将上述制备的3D结构Mo3C2TxMXene电极通过导电银奖粘在玻碳电极上，通过三通管Swagelok电池装置进行对称性电容器性能测试，选用的电解液为1M的H2SO4。
实施例3
首先通过制图软件设计几何尺寸为0.5cm*0.5cm*0.5c的正八面体阵列中空的树脂模板模型，其内部空心管直径为200μm，利用切片软件将模型进行切片，将对应的切片模型信息导入到3D打印软件，选用UTL型光敏树脂通过DLP型3D打印(nanoArch P140)制备中空的树脂模板。
取2g氟化锂与9M40ml盐酸在聚四氟烧杯中搅拌30min(转速为400rpm)。将1g金属碳化钼(Mo2TiAlC2)原料缓慢加入上述溶液中于恒温35℃搅拌48h，随后将上述酸性悬浮液用去离子水反复洗涤7-12次直到溶液pH为6，清洗过程中通过振动摇床反复摇晃悬浊液，进一步将刻蚀的产物剥离成分散的MXene纳米片，得MXene悬浊液。将悬浊液于3500rpm离心5分钟，移除底部沉淀，得到均匀分散的MXene溶液。将MXene溶液进一步在11000rpm离心50分钟，将上清液去除，浓缩到合适的浓度范围，得到作为3D打印注入的墨水(40～80mg/mL)的MXene分散液。
将上述浓度为30mg/mL MXene分散液填充到注射泵中，用紫外光固化胶将3D模型注入口和注射器软管相接，以30μm/min流速匀速的将MXene分散液注入到3D树脂模型内部。当模型空心管被填满后，将模型浸渍在5M的KOH溶液中并于40℃下保温10h。
在上述过程中利用水解反应去除树脂模板，再通过凝胶化制备得到多结构MXene水凝胶。通过反复清洗至酸碱性为中性以移除残余的KOH。随后将样品进行冷冻、干燥得到3D结构的MXene电极。
将上述制备的3D结构Mo2TiC2Tx MXene电极通过导电银奖粘在玻碳电极上，通过三通管Swagelok电池装置进行对称性电容器性能测试，选用的电解液为1M的H2SO4。
实施例4
首先通过制图软件设计几何尺寸为2cm*2cm*2cm的开尔文十四面体阵列中空的树脂模板模型，其内部空心管直径为100μm，利用切片软件将模型进行切片，将对应的切片模型信息导入到3D打印软件，选用GR型光敏树脂通过DLP型3D打印(nanoArch P140)制备中空树脂模板。
将0.4g金属碳化铌(Nb4AlC3)原料缓慢加入30mL氢氟酸(40％)中，于恒温20℃搅拌140h，随后将上述酸性悬浮液用去离子水反复洗涤10～12次直到溶液pH为6，清洗过程中通过振动摇床反复摇晃悬浊液，进一步将刻蚀的产物剥离成分散Nb4C3Tx MXene纳米片，得到MXene悬浊液。将MXene悬浊液于2000rpm离心10分钟，移除底部沉淀，得到均匀分散的MXene溶液。将MXene溶液进一步在11000rpm离心90分钟，将上清液去除，浓缩MXene分散液到合适的浓度范围，作为3D打印注入的墨水(20～80mg/mL)。
将上述Nb4C3Tx MXene溶液填充到注射泵中，用紫外光固化胶将3D模型注入口和注射器软管相接，以50μm/min流速匀速的将MXene分散液注入到3D树脂模型内部。当模型空心管被填满后，将模型浸渍在5M的NaOH溶液中并于40℃下保温10h。
在上述过程中利用水解反应去除树脂模板，再通过凝胶化制备得到多结构MXene水凝胶。通过反复清洗至酸碱性为中性移除残余的NaOH。随后将样品进行冷冻、干燥得到3D结构的MXene电极。
将上述制备的3D结构Mo2TiC2Tx MXene电极通过导电银奖粘在玻碳电极上，通过三通管Swagelok电池装置进行对称性电容器性能测试，选用的电解液为1M的H2SO4。
实施例5
首先通过制图软件设计几何尺寸为0.5cm*2cm*2cm的简单立方阵列中空的树脂模板模型，其内部空心管直径为200μm，利用切片软件将模型进行切片，将对应的切片模型信息导入到3D打印软件，选用PEG型光敏树脂通过DLP型3D打印(nanoArch P140)制备中空树脂模板。
将0.8g金属碳化钒(V2AlC)原料缓慢加入30mL氢氟酸(40％)中并于恒温20℃搅拌24h，随后将上述酸性悬浮液用去离子水反复洗涤10～12次直到溶液pH为6，清洗过程中通过振动摇床反复摇晃悬浊液，进一步将刻蚀的产物剥离成分散的V2CTx MXene纳米片，得到MXene悬浊液。将MXene悬浊液于2000rpm离心10分钟，移除底部沉淀，得到均匀分散的MXene溶液。将MXene溶液进一步在11000rpm离心90分钟，将上清液去除，浓缩至合适的浓度范围，得到作为3D打印注入的墨水(10～80mg/mL)的MXene分散液。
将上述浓度为10mg/mLV2CTx MXene溶液填充到注射泵中，用紫外光固化胶将3D模型注入口和注射器软管相接，以200μm/min流速匀速的将MXene分散液注入到3D树脂模型内部。当模型空心管被填满后，将模型浸渍在5M的NaOH溶液中并于40℃下保温10h。
在上述过程中利用水解反应进行树脂模板去除，再进一步通过凝胶化组装制备得到多结构V2CTx MXene水凝胶。通过反复清洗至酸碱性为中性以移除残余NaOH。随后将样品进行冷冻、干燥得到3D结构的MXene电极。
将上述制备的3D结构V2CTxMXene电极通过导电银奖粘在玻碳电极上，通过三通管Swagelok电池装置进行对称性电容器性能测试，选用的电解液为1M的H2SO4。
实施例6
首先通过制图软件设计几何尺寸为0.5cm*1cm*2cm的对角线中空的树脂模板模型，内部空心管直径为200μm，利用切片软件将模型进行切片，将对应的切片模型信息导入到3D打印软件，选用PEG型光敏树脂通过DLP型3D打印(nanoArch P140)制备中空树脂模板。
将1g金属碳化钼(Mo2TiAlC2)原料缓慢加入30mL氢氟酸(40％)中并于恒温20℃搅拌48h，随后将上述酸性悬浮液用去离子水反复洗涤10～12次直到溶液pH为6，清洗过程中通过振动摇床反复摇晃悬浊液，进一步将刻蚀的产物剥离成分散Mo2TiC2Tx MXene纳米片，得到MXene悬浊液。将MXene悬浊液于2000rpm离心10分钟，移除底部沉淀，得到均匀分散的MXene溶液。将MXene溶液进一步在11000rpm离心90分钟，将上清液去除，浓缩至合适的浓度范围，得到作为3D打印注入的墨水(10～80mg/mL)的MXene分散液。
将上述浓度为10mg/mLMo2TiC2Tx MXene溶液填充到注射泵中，用紫外光固化胶将3D模型注入口和注射器软管相接，以200μm/min流速匀速的将MXene分散液注入到3D树脂模型内部。当模型空心管被填满后，将模型浸渍在5M的NaOH溶液中并于40℃下保温10h。
在该过程中利用水解反应去除树脂模板，再通过凝胶化制备得到多结构的Mo2TiC2Tx MXene水凝胶。通过反复清洗至酸碱性为中性以移除残余NaOH。再进行冷冻、干燥得到3D结构的MXene电极。
将上述制备的3D结构Mo2TiC2Tx MXene电极通过导电银奖粘在玻碳电极上，通过三通管Swagelok电池装置进行对称性电容器性能测试，选用的电解液为1M的H2SO4。
请参阅图9，为MXene分散液所剥离的Mo2TiC2Tx的透射电子显微镜图像。
实施例7
首先通过制图软件设计几何尺寸为1cm*1cm*0.5cm的垂直中空体的树脂模板模型，内部实心树脂柱阵列直径为200μm，利用切片软件将模型进行切片，将对应的切片模型信息导入到3D打印软件，选用PEG型光敏树脂通过DLP型3D打印(nanoArch P140)制备中空的树脂模板。
将1g金属碳化钼(Mo2TiAlC2)原料缓慢加入30mL氢氟酸(40％)中并于恒温20℃搅拌48h，随后将上述酸性悬浮液用去离子水反复洗涤10～12次直到溶液pH为6，清洗过程中通过振动摇床反复摇晃悬浊液，进一步将刻蚀的产物剥离成分散的Mo2TiC2Tx MXene纳米片，得到MXene悬浊液。将MXene悬浊液于2000rpm离心10分钟，移除底部沉淀，得到均匀分散的MXene溶液。将MXene溶液进一步在11000rpm离心90分钟，将上清液去除，浓缩至合适的浓度范围，得到作为3D打印注入的墨水(10～80mg/mL)的MXene分散液。
将上述浓度为20mg/mL Mo2TiC2Tx MXene溶液填充到注射泵中，用紫外光固化胶将3D模型注入口和注射器软管相接，以100μm/min流速匀速的将MXene分散液注入到3D树脂模型内部。当模型空心管被填满后，将模型浸渍在5M的KOH溶液并中于40℃下保温10h。
在该过程中利用水解反应进行树脂模板去除，再进一步通过凝胶化组装制备得到多结构Mo2TiC2Tx MXene水凝胶。通过反复清洗至酸碱性为中性以移除残留的KOH。随后将样品进行冷冻、干燥得到3D结构的MXene电极。
将上述制备的3D结构Mo2TiC2Tx MXene电极通过导电银奖粘在玻碳电极上，通过三通管Swagelok电池装置进行对称性电容器性能测试，选用的电解液为1M的H2SO4。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种基于3D打印的MXene电极制备方法，其特征在于，包括：
提供空心的树脂模板；
向所述树脂模板内注入MXene分散液；
移除所述树脂模板，得到MXene电极坯；
对所述MXene电极坯进行凝胶化处理，得到MXene水凝胶；
将所述MXene水凝胶进行冷冻干燥处理，得到MXene电极。
2.根据权利要求1所述的基于3D打印的MXene电极制备方法，其特征在于，所述提供空心的树脂模板的步骤，包括；
构建所述MXene电极的三维电极模型；
基于所述三维电极模型将打印树脂通过3D打印方式得到所述树脂模板。
3.根据权利要求2所述的基于3D打印的MXene电极制备方法，其特征在于，所述打印树脂包括GR型光敏树脂、GT型光敏树脂、UT型光敏树脂、UTL型光敏树脂、PEG型光敏树脂中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的基于3D打印的MXene电极制备方法，其特征在于，所述移除所述树脂模板，得到MXene电极坯的步骤，包括将充满所述MXene分散液的所述树脂模板浸入溶液中，所述溶液用于水解所述树脂模板。
5.根据权利要求4所述的基于3D打印的MXene电极制备方法，其特征在于，所述溶液包括碱性水溶液、乙醇、丙酮中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的基于3D打印的MXene电极制备方法，其特征在于，所述凝胶化处理包括使用含有正电的离子处理所述MXene电极坯。
7.根据权利要求1所述的基于3D打印的MXene电极制备方法，其特征在于，所述MXene分散液的制备步骤包括：
对金属碳化物进行化学剥离，得到MXene悬浊液；
对所述MXene悬浊液进行离心，移除底部沉淀，得到MXene均匀溶液；
对所述MXene均匀溶液进行离心，移除上清液，浓缩得到MXene分散液。
8.根据权利要求7所述的基于3D打印的MXene电极制备方法，其特征在于，所述化学剥离包括：
向所述金属碳化物加入氢氟酸并持续搅拌，同时进行震荡处理。
9.根据权利要求7所述的基于3D打印的MXene电极制备方法，其特征在于，所述金属碳化物包括Mo3AlC2、Mo2TiAlC2、Nb4AlC3、Ti3AlC2和V2AlC中的一者。
10.根据权利要求9所述的基于3D打印的MXene电极制备方法，其特征在于，所述MXene分散液包括Ti2CTx，Mo2CTx，Nb4C3Tx，V2CTx中的一者。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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