一种复合材料MoO3/Polyaniline/Ti3C2Tx及其制备方法

摘要

一种复合材料MoO3/Polyaniline/Ti3C2Tx及其制备方法，(1)Ti3AlC2粉体完全浸入到体积分数为40％的HF溶液中，离心得到粉体干燥；(2)四水钼酸铵和酒石酸完全溶于水得到水溶液；(3)将粉体Ti3C2Tx粉体加入到水溶液中；(4)将步骤(3)中悬浮液离心，在真空干燥箱中干燥；(5)将步骤(4)中所得到粉体烧结，保温，得到MoO3/Ti3C2Tx复合材料；(6)将所得粉体超声分散于蒸馏水中，加入苯胺，冰浴中搅拌；(7)将(NH4)2S2O4溶于HCl中，冷却，加入到步骤(6)中；(8)将步骤(7)中的悬浮液离心，水洗，醇洗，并冷冻干燥，得到目标产物；由于该材料成分可调性大，制备工艺简单、合成过程易于控制，拓宽了该复合材料在电极材料的应用范围。

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料制备技术领域，特别涉及一种复合材料MoO₃/Polyaniline/Ti₃C₂T_x的制备方法。

背景技术

超级电容器用电极材料可分为三类：碳材料系列，过渡金属氧化物系列，导电聚合物系列。其中石墨烯最为碳材料的一种，由于其高的导电性，良好的电化学稳定性，高比表面积在电极材料方面有较深的研究，且表现出极好的双电层电容性质。但是由于对电极材料的要求增高，石墨烯已经不能满足人们对于性能的要求。所以，作为具有赝电容性质的过渡金属氧化物的高比电容的性质备受瞩目，但其较差的导电性限制了它的应用。因此，复合材料的产生成为了必然的趋势。

近几年，Ti₃C₂T_x作为最新发现的二维纳米材料备受关注。由于其具有较高的比表面积和较好的导电性而在电化学领域得到了深入的研究。但是，它的比电容相对较低(碱性介质中100F/g)，所以，我们将具有较高的比电容的MoO₃纳米颗粒作为第二相进行复合，通过提高比表面积增大比容量。

聚苯胺作为应用于超级电容器电极材料中最受关注的导电聚合物，具有许多理想的性质，比如高电化学活性、高掺杂水平、优良的 比电容、较高的电导率、良好的稳定性。因此，通过引入导电聚合物增加复合材料的导电性可进一步提高电化学性能。

发明内容

为了克服现有超级电容器电极材料的不足，本发明的目的在于提供一种复合材料MoO₃/Polyaniline/Ti₃C₂T_x及其制备方法，在二维层状Ti₃C₂T_x的表面和层间负载晶体与无定形的MoO₃，产生协同作用且增加比表面积；但是负载MoO₃会使得复合材料的导电性相比于Ti₃C₂T_x有所降低，因此通过在负载Polyaniline(PANI)增加复合材料的导电性，同时，PANI与MoO₃之间可以形成p-n结，有利于电子的移动，进一步提高电极材料的电化学性能。

为了达到上述目的，本发明可通过以下方式实现：

一种MoO₃/Polyaniline/Ti₃C₂T_x复合材料，借助于Ti₃C₂T_x的二维层状结构作为支撑，40-70nm的MoO₃颗粒分布于片层表面，边缘和层间。

一种复合材料MoO₃/Polyaniline/Ti₃C₂T_x的制备方法，步骤为：

(1)将通过热压烧结制备的Ti₃AlC₂粉体完全浸入到体积分数为40％的HF溶液中，在室温下搅拌24小时，经过水洗至PH＝6，再经过醇洗，离心得到粉体在真空干燥箱中干燥；

(2)称量四水钼酸铵和酒石酸完全溶于水中，得到水溶液，在25℃下搅拌均匀，并用6mol/L HCl调节PH＝0.5；四水钼酸铵和酒石酸的质量比为1：2-4；

(3)将步骤(1)中所得粉体Ti₃C₂T_x粉体匀速加入到步骤(2)中所得到的溶液中，在25℃下数小时搅拌；Ti₃C₂T_x粉体与步骤(2)中的四水钼酸铵的质量比为3：(2-10)；

(4)将步骤(3)中所得的悬浮液离心，水洗，醇洗，在真空干燥箱中干燥；

(5)将步骤(4)中所得到的粉体在氩气气氛下550℃烧结，保温2h，得到MoO₃/Ti₃C₂T_x复合材料；

(6)将步骤(5)中所得的粉体超声分散于蒸馏水中，加入一定量的苯胺，在冰浴中搅拌均匀；苯胺与Ti₃C₂T_x粉体的质量比为(2.24-7.14)：15；

(7)将(NH₄)₂S₂O₄完全溶于20mL>4)₂S₂O₄的摩尔比为1：1；

(8)将步骤(7)中的悬浮液离心，水洗，醇洗，并冷冻干燥，得到目标产物。

发明的效果：本发明利用Ti₃C₂T_x的特殊层状结构及其良好的导电性与比容量较大的MoO₃颗粒制备成复合材料，提高电极材料的电化学性能。复合材料具有较好的导电性，较大的比表面积都有利于离子在电极材料和电解液中转移，从而降低内阻，提高比容量。但是负载MoO₃会对材料的导电性有一定影响，所以，再引入导电聚合物作为第三相(PANI)可以以提高材料的导电性。同时，以片层为支撑，可以减小由于数次的充放电对于MoO₃颗粒和PANI的体积效应。由>

附图说明

图1是实施例一所制备试样的形貌图。

图2是MoO₃/Polyaniline/Ti₃C₂T_x复合材料在1mol/L>

图3是MoO₃/Polyaniline/Ti₃C₂T_x复合材料的阻抗测试曲线。

具体实施方式

实施例一

本实施例的步骤包括：

(1)将通过热压烧结制备的Ti₃AlC₂粉体完全浸入到体积分数为40％的HF溶液中，在室温下搅拌24小时，经过水洗至PH＝6，再经过醇洗，离心得到粉体在真空干燥箱中干燥；

(2)称量0.3g四水钼酸铵和1.2g酒石酸完全溶于水中，得到水溶液，在25℃下搅拌均匀，并用6mol/L HCl调节PH＝0.5；

(3)将步骤(1)中所得Ti₃C₂T_x粉体称量0.15g，匀速加入到步骤(2)中所得到的溶液中，在25℃下搅拌9小时；

(4)将步骤(3)中所得的悬浮液离心，水洗，醇洗，在真空干燥箱中干燥；

(5)将步骤(4)中所得到的粉体在氩气气氛下550℃烧结，保温2h，得到MoO₃/Ti₃C₂T_x复合材料；

(6)将步骤(5)中所得的粉体超声分散于蒸馏水中，加入40 uL(0.0448g)苯胺，在冰浴中0℃下搅拌均匀；

(7)将0.0272g(NH₄)₂S₂O₄溶于20mL>

(8)将步骤(7)中的悬浮液离心，水洗，醇洗，并冷冻干燥，得到目标产物。

本实施例制备的一种MoO₃/Polyaniline/Ti₃C₂T_x复合材料，借助于Ti₃C₂T_x的二维层状结构作为支撑，40-70nm的MoO₃颗粒分布于片层表面、边缘和层间，再通过添加aniline原位聚合，包裹MoO₃/Ti₃C₂T_x，制备成三元复合材料。

图1是MoO₃/Polyaniline/Ti₃C₂T_x复合材料的显微结构图，从图中可看出MoO₃纳米颗粒负载于Ti₃C₂T_x片层上，并且苯胺聚合成为聚苯胺包覆于MoO₃纳米颗粒及Ti₃C₂T_x片层上。

图2是实施例一中所制备的MoO₃/Polyaniline/Ti₃C₂T_x复合材料在不同扫速下的CV曲线图，图中明确显示材料的倍率性能良好。

图3是实施例一中所制备的MoO₃/Polyaniline/Ti₃C₂T_x复合材料的阻抗测试曲线，表明材料内阻小，且有利于离子吸附。

实施例二

本实施例的步骤包括：

(1)将通过热压烧结制备的Ti₃AlC₂粉体完全浸入到体积分数为40％的HF溶液中，在室温下搅拌24小时，经过水洗至PH＝6，再经过醇洗，离心得到粉体在真空干燥箱中干燥；

(2)称量0.1g四水钼酸铵和0.2g酒石酸完全溶于水中，得到水溶液，在25℃下搅拌均匀，并用6mol/L HCl调节PH＝0.5；

(3)将步骤(1)中所得Ti₃C₂T_x粉体称量0.15g，匀速加入到步骤(2)中所得到的溶液中，在25℃下搅拌6小时；

(4)将步骤(3)中所得的悬浮液离心，水洗，醇洗，在真空干燥箱中干燥；

(5)将步骤(4)中所得到的粉体在氩气气氛下600℃烧结，保温1h，得到MoO₃/Ti₃C₂T_x复合材料；

(6)将步骤(5)中所得的粉体超声分散于蒸馏水中，加入20uL(0.0224g)胺，在冰浴中0℃下搅拌均匀；

(7)将0.0136g(NH₄)₂S₂O₄溶于20mL>

(8)将步骤(7)中的悬浮液离心，水洗，醇洗，并冷冻干燥，得到目标产物。

本实施例制备的一种MoO₃/Polyaniline/Ti₃C₂T_x复合材料，借助于Ti₃C₂T_x的二维层状结构作为支撑，40-70nm的MoO₃颗粒分布于片层表面、边缘和层间，再通过添加aniline原位聚合，包裹MoO₃/Ti₃C₂T_x，制备成三元复合材料。

实施例三

本实施例的步骤包括：

(1)将通过热压烧结制备的Ti₃AlC₂粉体完全浸入到体积分数为40％的HF溶液中，在室温下搅拌24小时，经过水洗至PH＝6，再经>

(2)称量0.5g四水钼酸铵和1.5g酒石酸完全溶于水中，得到水溶液，在25℃下搅拌均匀，并用6mol/L HCl调节PH＝0.5；

(3)将步骤(1)中所得Ti₃C₂T_x粉体称量0.15g，匀速加入到步骤(2)中所得到的溶液中，在25℃下搅拌9小时；

(4)将步骤(3)中所得的悬浮液离心，水洗，醇洗，在真空干燥箱中干燥；

(5)将步骤(4)中所得到的粉体在氩气气氛下550℃烧结，保温2h，得到MoO₃/Ti₃C₂T_x复合材料；

(6)将步骤(5)中所得的粉体超声分散于蒸馏水中，加入70uL(0.0714g)苯胺，在冰浴中0℃下搅拌均匀；

(7)将0.0476g(NH₄)₂S₂O₄溶于20mL>

(8)将步骤(7)中的悬浮液离心，水洗，醇洗，并冷冻干燥，得到目标产物。

本实施例制备的一种MoO₃/Polyaniline/Ti₃C₂T_x复合材料，借助于Ti₃C₂T_x的二维层状结构作为支撑，40-70nm的MoO₃颗粒分布于片层表面、边缘和层间，再通过添加aniline原位聚合，包裹MoO₃/Ti₃C₂T_x，制备成三元复合材料。