一种V2C-MXene钴镍双金属氢氧化物复合材料制备方法与流程

一种v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料制备方法
技术领域：
1.本发明属于电化学储能技术领域，具体涉及一种v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料制备方法。


背景技术：
：
2.近年来，随着社会的快速发展，人们在各个领域对能源的需求都急剧增加，煤、石油和天然气等传统能源已经远远不能满足人们的生产生活需求。另外，传统能源的日益枯竭所带来的环境问题也逐渐成为人类生存和发展所面临的重要问题。锂离子电池因其质量较轻、环境友好、能量密度较高以及循环稳定性好等诸多优势而具有十分广阔的应用前景，目前已经在通信、新能源汽车以及军工等诸多领域得到了广泛的应用。
3.负极材料的选择是决定锂离子电池电化学性能优劣的关键性因素。过渡金属碳化物和氮化物(mxene)材料是一类具有二维层状结构的新型纳米材料，其在电化学性能方面与石墨烯近似，具有极高的体积电容和可逆性，同时又因其特殊的元素组成及表面官能团，具有良好的机械强度、导电、亲水、化学稳定性等诸多优势，因此在锂离子电池负极材料领域具有很好的应用前景。但是mxene材料本身也存在着理论容量较低等缺陷。
4.钴镍双金属氢氧化物材料(coni
‑
ldh)由于其双金属的协同效应而具有较高的电化学活性，从而展现出了很高的理论比电容。此外，其本身具备的低成本和可控的层间结构等优势都使得其在锂离子电池负极材料方面拥有很好的应用前景。然而，层状双金属氢氧化物材料(ldhs)本身存在导电性不好和结构稳定性较差等问题。因此，将ldhs引入到mxene层间结构中，形成mxene/钴镍双金属氢氧化物复合结构，用作锂离子电池负极材料，既具备良好的导电性和结构稳定性，又兼有较高的锂离子储存能力，可以综合提升负极材料的电化学性能。


技术实现要素：
：
5.本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料制备方法，选用一种具备高理论容量的纳米材料
‑
钴镍双金属氢氧化物，通过静电吸附作用使得钴镍双金属氢氧化物在v2c
‑
mxene表面原位生长，从而形成一种v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料。该方法利用了mxene与ldhs两种本身的结构特点，形成了两者相互堆叠的结构。作为电极材料能够兼具两者的优势，展现出了良好的电化学性能。
6.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.一种v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料制备方法，其步骤如下：
8.步骤一：制备层状v2c
‑
mxene纳米材料
9.(1)按体积比，盐酸溶液：氟化钠溶液＝(1
‑
3)：1，将氟化钠溶液加入盐酸溶液中搅拌以得到均匀的盐酸和氟化钠混合液，然后缓慢加入v2alc溶液，不断搅拌后，得到均匀分散的黑色混合溶液，其中，所述的氟化钠溶液浓度为3
‑
6mol/l，碳化铝钒溶液浓度为2.5
‑
6mol/l，盐酸溶液质量分数为32
‑
38wt％，按体积比，v2alc溶液：(氟化钠溶液 盐酸溶液)＝1：(15
‑
25)；
10.(2)将混合溶液转移到高压反应釜中，并将高压反应釜转移到恒温箱中进行水热反应，所述的水热反应时间为60
‑
90h，反应温度为80
‑
120℃，制得二维层状结构化合物v2c
‑
mxene；
11.(3)二维层状结构化合物冷却至室温，获得黑色悬浊液，依次经离心、洗涤、二次离心后，干燥，制得层状v2c
‑
mxene纳米材料；
12.步骤二：制备v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料
13.(1)按质量比，六水硝酸镍溶液：六水硝酸钴溶液：尿素溶液：v2c
‑
mxene：柠檬酸溶液＝1：(0.2
‑
0.6)：(1.2
‑
1.6)：(0.12
‑
0.45)：(0.07
‑
0.16)，固液比为1：(15
‑
20)，备料，其中，六水硝酸钴溶液、六水硝酸镍溶液、尿素溶液和柠檬酸溶液以溶质质量计；
14.(2)将六水硝酸钴溶液、六水硝酸镍溶液和尿素溶液一起超声分散在去离子水中，得到均匀分散的淡绿色混合溶液，向混合溶液中缓慢加入v2c
‑
mxene与柠檬酸溶液并搅拌均匀，其中柠檬酸作为表面活性剂；
15.(3)将混合溶液转移至高压反应釜中并放置在鼓风干燥箱中进行水热反应，所述的水热反应时间为6
‑
13h，反应温度为80
‑
150℃，完成钴镍双金属氢氧化物在v2c
‑
mxene表面的原位生长，反应结束后对黑色悬浊液离心干燥，制得v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料。
16.所述的步骤一(1)中，优选的，按体积比，盐酸溶液：氟化钠溶液＝2:1。
17.所述的步骤一(1)中，搅拌时间为10
‑
30min，搅拌速度为400
‑
800rpm。
18.所述的步骤一(2)中，水热反应过程中，混合溶液中的氟离子在酸性条件下会刻蚀掉v2alc中的al层原子，从而形成类似手风琴形貌的二维层状结构。
19.所述的步骤一(3)中，黑色悬浊液的离心、洗涤、二次离心和干燥过程具体操作如下：多次离心后得到黑色沉积物，用稀盐酸洗涤沉积物以除去残留的氟化钠。之后采用无水乙醇和去离子水洗涤数次直至溶液呈中性，再经数次离心即可得到黑色产物v2c
‑
mxene，将产物转移至真空干燥箱干燥12h即可得到所需的层状v2c
‑
mxene纳米材料。
20.所述的步骤一(3)中，离心时间为10
‑
30min，离心速度为3000
‑
5000rpm；
21.所述的步骤一(3)中，干燥温度为40
‑
100℃，干燥时间为6
‑
12h；
22.所述的步骤一(3)中，离心清洗采用稀盐酸进行，所述的稀盐酸浓度为0.1
‑
1mol/l。
23.所述的步骤一(3)中，制得二维层状结构化合物表面带有大量的
‑
oh、
‑
cl及
‑
f等官能团，致使v2c
‑
mxene本身显负电性。
24.所述的步骤二(1)中，六水硝酸钴溶液浓度为0.04
‑
0.1mol/l,六水硝酸镍溶液浓度为0.02
‑
0.06mol/l,尿素溶液浓度为0.2
‑
0.6mol/l,柠檬酸溶液的浓度为0.005
‑
0.015mol/l。
25.所述的步骤二(2)中，超声时间为1
‑
3h，超声功率为100
‑
500w。
26.所述的步骤二(3)中，钴离子和镍离子自身带正电，因此会在静电作用力下吸附在带有大量
‑
oh、
‑
cl及
‑
f等官能团的v2c
‑
mxene材料表面并进行原位生长，最终在v2c
‑
mxene表面形成原位生长的片层状钴镍双金属氢氧化物，从而得到具有交联结构的v2c
‑
mxene/钴镍
双金属氢氧化物复合材料。
27.所述的步骤二(3)中，离心时间为10
‑
30min，离心速度为3000
‑
5000rpm。
28.所述的步骤二(3)中，干燥时间为40
‑
100℃，干燥时间为6
‑
12h。
29.所述的步骤二(3)中，制备的v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料比表面积为50.25
‑
70.00m2·
g
‑1，用于锂离子电池负极时，经测试，在100ma
·
g
‑1电流密度下首次充放电比容量能达到503.2
‑
556.3ma
·
g
‑1，循环100次后放电比容量保持率为81
‑
85％。并且导电性良好，其电荷转移电阻为300
‑
350ω。
30.所述的步骤二(3)中，优选的，制备的v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料比表面积可达67.25
‑
70.00m2·
g
‑1，用于锂离子电池负极时，经测试，在100ma
·
g
‑1电流密度下首次充放电比容量能达到545.6
‑
556.3ma
·
g
‑1，循环100次后放电比容量保持率为84
‑
85％。并且导电性良好，其电荷转移电阻为300
‑
305ω。
31.所述的步骤二(3)中，制备的v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料用于锂离子电池负极时，相应的负极材料制备过程
‑
将制备的活性物质材料、导电炭黑、聚偏氟乙烯(pvdf)按照8:1:1的质量比溶解在n
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮(nmp)中形成浆料，搅拌均匀后涂敷在铜箔上，真空干燥后裁剪成电极片，采用金属锂片作对电极，1mlipf6(ec:dc＝1:1)为电解液，聚丙烯多孔膜为隔膜，测试时电流密度为100ma
·
g
‑1，电压窗口为0.01
‑
3v。
32.本发明的有益效果：
33.一、本发明采用一步水热法实现了具有高比容量的钴镍双金属氢氧化物在v2c
‑
mxene纳米片表面的原位生长，利用静电相互作用形成交替堆叠的v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料。这种材料有效的弥补了v2c
‑
mxene材料本身的理论容量较低的问题，同时又解决了钴镍双金属氢氧化物导电性不好和结构稳定性差的问题，大大提升了锂离子电池负极材料的比容量和循环稳定性。
34.二、本发明利用v2c
‑
mxene优异的结构稳定性成功抑制了钴镍双金属氢氧化物作为锂离子电池负极时在充放电过程中因体积膨胀而发生的结构坍塌，并且大大提升了材料的导电性。
35.三、采用钴镍金属离子在v2c
‑
mxene表面原位生长的方法，操作简便，易于实现。并且形成的v2c
‑
mxene与钴镍双金属氢氧化物交替堆叠结构具有较大的比表面积(＞50m2·
g
‑1)，将其作为锂离子电池负极时可以增加锂离子的嵌入位点，以提升电化学性能。
36.四、本发明得到的产物分散不团聚，并且选用的刻蚀剂为盐酸和氟化钠，相较于传统氢氟酸刻蚀，成本更低，并且具有更好的安全性和环保性，总体制备过程有着良好的可实现性。
附图说明：
37.图1为实施例3制备的v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料sem形貌图；
38.图2为实施例3制备的v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料xrd图；
39.图3为实施例3制备的v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料氮气吸附脱附曲线；
40.图4为实施例3制备的v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料恒电流充放电曲线；
41.图5为实施例3制备的v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料循环稳定性曲线；
42.图6为实施例3制备的v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料交流阻抗图。
具体实施方式：
43.下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
44.以下实施例中：
45.六水硝酸镍溶液、六水硝酸钴溶液、尿素溶液和柠檬酸溶液的加入质量均以溶质质量计。
46.制备的v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料用于锂离子电池负极时，相应的负极材料制备过程
‑
将制备的活性物质材料、导电炭黑、聚偏氟乙烯(pvdf)按照8:1:1的质量比溶解在n
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮(nmp)中形成浆料，搅拌均匀后涂敷在铜箔上，真空干燥后裁剪成电极片，采用金属锂片作对电极，1mlipf6(ec:dc＝1:1)为电解液，聚丙烯多孔膜为隔膜，测试时电流密度为100ma
·
g
‑1，电压窗口为0.01
‑
3v。
47.实施例1
48.步骤一：制备层状v2c
‑
mxene纳米材料
49.首先，按体积比，盐酸溶液：氟化钠溶液＝1：2，将3mol/l氟化钠溶液加入到36ml的32wt％盐酸中搅拌均匀，然后按照碳化铝钒溶液：(氟化钠溶液 盐酸溶液)体积比为1：15，加入2.5mol/l的碳化铝钒，以400rpm转速搅拌10分钟以得到均匀分散的黑色混合溶液。之后，将混合溶液转移到高压反应釜中，并放入恒温箱中在80℃下水热反应60h。
50.待反应时间结束后，取出高压反应釜，自然冷却至室温，将得到的黑色悬浊液离心并用稀盐酸洗涤，之后采用无水乙醇和去离子水离心洗涤数次直至溶液ph为7，将所得的黑色产物在40℃下真空干燥6h，即可得到层状v2c
‑
mxene纳米材料。
51.步骤二：制备v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料
52.按质量比，六水硝酸镍溶液：六水硝酸钴溶液：尿素溶液：v2c
‑
mxene：柠檬酸溶液＝1：0.2：1.2：0.12：0.07，固液比为1：15，备料。六水硝酸钴溶液浓度为0.04mol/l、六水硝酸镍溶液浓度为0.02mol/l、尿素溶液浓度为0.2mol/l、柠檬酸溶液的浓度为0.005mol/l，将六水硝酸钴溶液、六水硝酸镍溶液和尿素溶液一起超声分散在31ml去离子水中，得到均匀分散的淡绿色混合溶液，之后缓慢加入v2c
‑
mxene与柠檬酸溶液并搅拌均匀。将混合溶液转移至高压反应釜中并放置在恒温箱中在80℃下水热反应6h。反应结束后，采用无水乙醇和去离子水对所得到的黑色悬浊液洗涤数次并离心，将所得黑色沉淀在40℃下真空干燥6h即可得到v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料。
53.将v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料制成负极片，以金属锂为正电极，1m六氟磷酸锂的ec/emc溶液为电解液，组装成cr2032扣式锂离子电池，进行电池的充放电测试。经测试，其作为锂离子电池负极材料其比表面积为50.35m2·
g
‑1，首次放电比容量为503.2mah
·
g
‑1，循环100次后放电比容量保持率为81％，电荷转移阻抗为350ω。
54.实施例2
55.步骤一：制备层状v2c
‑
mxene纳米材料
56.首先，按体积比，盐酸：氟化钠＝1.5：2，将4mol/l氟化钠溶液加入到38ml的34wt％盐酸中搅拌均匀，然后按照碳化铝钒溶液：(氟化钠溶液 盐酸溶液)体积比为1：18加入
4mol/l的碳化铝钒，以500rpm转速搅拌20分钟以得到均匀分散的黑色混合溶液。之后，将混合溶液转移到高压反应釜中，并放入恒温箱中在70℃下水热反应65h。
57.待反应时间结束后，取出高压反应釜，自然冷却至室温，将得到的黑色悬浊液离心并用稀盐酸洗涤，之后采用无水乙醇和去离子水离心洗涤数次直至溶液ph为7，将所得的黑色产物在50℃下真空干燥8h即可得到层状v2c
‑
mxene纳米材料。
58.步骤二：制备v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料
59.按质量比，六水硝酸镍溶液：六水硝酸钴溶液：尿素溶液：v2c
‑
mxene：柠檬酸溶液＝1：0.35：1.34：0.22：0.1，固液比为1：16，备料。六水硝酸钴溶液浓度为0.04mol/l、六水硝酸镍溶液浓度为0.02mol/l、尿素溶液浓度为0.2mol/l、柠檬酸溶液的浓度为0.005mol/l，将六水硝酸钴溶液、六水硝酸镍溶液和尿素溶液一起超声分散在58ml去离子水中，得到均匀分散的淡绿色混合溶液，之后缓慢加入v2c
‑
mxene与柠檬酸溶液并搅拌均匀。将混合溶液转移至高压反应釜中并放置在恒温箱中在115℃下水热反应10h。反应结束后，采用无水乙醇和去离子水对所得到的黑色悬浊液洗涤并离心数次，将所得黑色沉淀在60℃下真空干燥12h即可得到v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料，经测试，其作为锂离子电池负极材料其比表面积为58.85m2·
g
‑1，首次放电比容量为513.8mah
·
g
‑1，循环100次后放电比容量保持率为83％，电荷转移阻抗为333ω。
60.实施例3
61.步骤一：制备层状v2c
‑
mxene纳米材料
62.首先，按体积比，盐酸：氟化钠＝2：1，将6mol/l氟化钠溶液加入到40ml的38wt％盐酸中搅拌均匀，然后按照碳化铝钒溶液：(氟化钠溶液 盐酸溶液)体积比为1：20加入6mol/l的碳化铝钒，以500rpm转速搅拌20分钟以得到均匀分散的黑色混合溶液。之后，将混合溶液转移到高压反应釜中，并放入恒温箱中在90℃下水热反应72h。
63.待反应时间结束后，取出高压反应釜，自然冷却至室温，将得到的黑色悬浊液离心并用稀盐酸洗涤，之后采用无水乙醇和去离子水离心洗涤数次直至溶液ph为7，将所得的黑色产物在80℃下真空干燥10h即可得到层状v2c
‑
mxene纳米材料。
64.步骤二：制备v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料
65.按质量比，六水硝酸镍溶液：六水硝酸钴溶液：尿素溶液：v2c
‑
mxene：柠檬酸溶液＝1：0.42：1.55：0.31：0.12，固液比为1：18，备料。六水硝酸钴溶液浓度为0.06mol/l、六水硝酸镍溶液浓度为0.04mol/l、尿素溶液浓度为0.4mol/l、柠檬酸溶液的浓度为0.01mol/l，将六水硝酸钴溶液、六水硝酸镍溶液和尿素溶液一起超声分散在60ml去离子水中，得到均匀分散的淡绿色混合溶液，之后缓慢加入v2c
‑
mxene柠檬酸溶液并搅拌均匀。将混合溶液转移至高压反应釜中并放置在恒温箱中在120℃下水热反应12h。反应结束后，采用无水乙醇和去离子水对所得到的黑色悬浊液洗涤并离心数次，将所得黑色沉淀在80℃下真空干燥10h即可得到v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料。
66.图1为本实施例制备的v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料的sem形貌图，从图中可以看到钴镍双金属氢氧化物纳米片原位生长在具有片层状结构的v2c
‑
mxene表面。图2为v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料的xrd图，可以看到xrd图同时具备v2c
‑
mxene、氢氧化钴以及氢氧化镍的衍射峰，说明实现了钴镍双金属氢氧化物纳米片在v2c
‑
mxene表面的原位生长。图3是v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料氮气吸附脱附曲
线，从图中可以看出v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料比表面积为68.75m2·
g
‑1。图4为v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料的恒电流充放电曲线，可以看出其首次充放电比容量能达到548.8mah
·
g
‑1。图5为v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料的循环稳定性曲线，从图中可以看到v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料循环100次后仍然具有84％的容量保持率，表现出良好的循环性能。图6是v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料的交流阻抗图，从图中可以看到v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料的电荷转移阻抗为303ω，展示出了优异的导电性。
67.对比例3
‑168.步骤一同实施例3，区别在于，步骤二中先制备钴镍双金属氢氧化物，具体过程为：首先，将25ml 0.1m的co(no3)2·
6h2o甲醇溶液加入到25ml含有20g/l2
‑
甲基咪唑的甲醇溶液中，搅拌30s，磁力搅拌30分钟后将混合溶液静置12h，将混合液离心并用甲醇洗涤数次。将30mg上述zif
‑
67分散在20ml乙醇中，然后在磁力搅拌下加入10mg/ml的ni(no3)2乙醇溶液，并搅拌十分钟。最后，将产物用乙醇洗涤3次，并在室温在真空烘箱中干燥24h，从而制得钴镍双金属氢氧化物，制得钴镍双金属氢氧化物后，与状v2c
‑
mxene纳米材料混合，采用相同条件进行水热反应，制得产物。经检测结果为未实现钴镍双金属氢氧化物在v2c表面的生长，显微结果状态是钴镍双金属氢氧化物片层尺寸过大，无法嵌入v2c层间，未实现片层吸附，性能较差，放电比容量低于采用一步水热法原位生长所得产物。
69.对比例3
‑270.步骤二同实施例3，区别在于，步骤一中采用hf作为刻蚀剂，具体过程为：首先，将加入到40ml的30wt％盐酸中搅拌均匀，然后缓慢加入6mol/l的的v2alc，以500rpm转速搅拌20分钟以得到均匀分散的黑色混合溶液。之后，将混合溶液转移到高压反应釜中，并放入恒温箱中在90℃下水热反应72h。检测后发现并没有实现v2alc的刻蚀，显微结果并未观察到手风琴状结构。
71.对比例3
‑372.同实施例3，区别在于，将刻蚀酸中氟化钠溶液完全替换为等体积的盐酸溶液，经检测，没有实现v2alc的刻蚀，显微结果并未观察到手风琴状结构，组装电池后无法进行正常充放电过程。
73.对比例3
‑474.同实施例3，区别在于，将刻蚀酸中盐酸溶液完全替换为等体积的氟化钠溶液，经检测，没有实现v2alc的刻蚀，显微结果并未观察到手风琴状结构，组装电池后无法进行正常充放电过程。
75.实施例4
76.步骤一：制备层状v2c
‑
mxene纳米材料
77.首先，按体积比，盐酸：氟化钠＝2：1，将4.5mol/l氟化钠溶液加入到40ml的35wt％盐酸中搅拌均匀，然后按照碳化铝钒溶液：(氟化钠溶液 盐酸溶液)体积比为1：20加入4mol/l的碳化铝钒，以500rpm转速搅拌20分钟以得到均匀分散的黑色混合溶液。之后，将混合溶液转移到高压反应釜中，并放入恒温箱中在90℃下水热反应72h。
78.待反应时间结束后，取出高压反应釜，自然冷却至室温，将得到的黑色悬浊液离心并用稀盐酸洗涤，之后采用无水乙醇和去离子水离心洗涤数次直至溶液ph为7，将所得的黑
色产物在80℃下真空干燥10h即可得到层状v2c
‑
mxene纳米材料。
79.步骤二：制备v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料
80.按质量比，六水硝酸镍溶液：六水硝酸钴溶液：尿素溶液：v2c
‑
mxene：柠檬酸溶液＝1：0.42：1.55：0.31：0.12，固液比为1：18，备料。六水硝酸钴溶液浓度为0.06mol/l、六水硝酸镍溶液浓度为0.04mol/l、尿素溶液浓度为0.4mol/l、柠檬酸溶液的浓度为0.01mol/l，将六水硝酸钴溶液、六水硝酸镍溶液和尿素溶液一起超声分散在60ml去离子水中，得到均匀分散的淡绿色混合溶液，之后缓慢加入v2c
‑
mxene柠檬酸溶液并搅拌均匀。将混合溶液转移至高压反应釜中并放置在恒温箱中在120℃下水热反应12h。反应结束后，采用无水乙醇和去离子水对所得到的黑色悬浊液洗涤并离心数次，将所得黑色沉淀在80℃下真空干燥10h即可得到v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料，经测试，其作为锂离子电池负极材料其比表面积为70.00m2·
g
‑1，首次放电比容量为556.3mah
·
g
‑1，循环100次后放电比容量保持率为85％，电荷转移阻抗为300ω。
81.实施例5
82.步骤一：制备层状v2c
‑
mxene纳米材料
83.首先，按体积比，盐酸：氟化钠＝2：1，将3mol/l氟化钠溶液加入到40ml的32wt％盐酸中搅拌均匀，然后按照碳化铝钒溶液：(氟化钠溶液 盐酸溶液)体积比为1：20加入2.5mol/l的碳化铝钒，以500rpm转速搅拌20分钟以得到均匀分散的黑色混合溶液。之后，将混合溶液转移到高压反应釜中，并放入恒温箱中在90℃下水热反应72h。
84.待反应时间结束后，取出高压反应釜，自然冷却至室温，将得到的黑色悬浊液离心并用稀盐酸洗涤，之后采用无水乙醇和去离子水离心洗涤数次直至溶液ph为7，将所得的黑色产物在80℃下真空干燥10h即可得到层状v2c
‑
mxene纳米材料。
85.步骤二：制备v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料
86.按质量比，六水硝酸镍溶液：六水硝酸钴溶液：尿素溶液：v2c
‑
mxene：柠檬酸溶液＝1：0.42：1.55：0.31：0.12，固液比为1：18，备料。六水硝酸钴溶液浓度为0.06mol/l、六水硝酸镍溶液浓度为0.04mol/l、尿素溶液浓度为0.4mol/l、柠檬酸溶液的浓度为0.01mol/l，将六水硝酸钴溶液、六水硝酸镍溶液和尿素溶液一起超声分散在60ml去离子水中，得到均匀分散的淡绿色混合溶液，之后缓慢加入v2c
‑
mxene柠檬酸溶液并搅拌均匀。将混合溶液转移至高压反应釜中并放置在恒温箱中在120℃下水热反应12h。反应结束后，采用无水乙醇和去离子水对所得到的黑色悬浊液洗涤并离心数次，将所得黑色沉淀在80℃下真空干燥10h即可得到v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料，经测试，其作为锂离子电池负极材料其比表面积为67.25m2·
g
‑1，首次放电比容量为545.6mah
·
g
‑1，循环100次后放电比容量保持率为84％，电荷转移阻抗为305ω。
87.实施例6
88.步骤一：制备层状v2c
‑
mxene纳米材料
89.首先，按体积比，盐酸：氟化钠＝3：1，将5mol/l氟化钠溶液加入到38ml的36wt％盐酸中搅拌均匀，然后按照碳化铝钒溶液：(氟化钠溶液 盐酸溶液)体积比为1：25加入5mol/l的碳化铝钒，以800rpm转速搅拌30分钟以得到均匀分散的黑色混合溶液。之后，将混合溶液转移到高压反应釜中，并放入恒温箱中在120℃下水热反应90h。
90.待反应时间结束后，取出高压反应釜，自然冷却至室温，将得到的黑色悬浊液离心
并用稀盐酸洗涤，之后采用无水乙醇和去离子水离心洗涤数次直至溶液ph为7，将所得的黑色产物在100℃下真空干燥12h即可得到层状v2c
‑
mxene纳米材料。
91.步骤二：制备v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料
92.按质量比，六水硝酸镍溶液：六水硝酸钴溶液：尿素溶液：v2c
‑
mxene：柠檬酸溶液＝1：0.6：1.6：0.45：0.16，固液比为1：20，备料。六水硝酸钴溶液浓度为0.1mol/l、六水硝酸镍溶液浓度为0.06mol/l、尿素溶液浓度为0.6mol/l、柠檬酸溶液的浓度为0.015mol/l，将六水硝酸钴、六水硝酸镍和尿素一起超声分散在81ml去离子水中，得到均匀分散的淡绿色混合溶液，之后缓慢加入v2c
‑
mxene与柠檬酸并搅拌均匀。将混合溶液转移至高压反应釜中并放置在恒温箱中在150℃下水热反应13h。反应结束后，采用无水乙醇和去离子水对所得到的黑色悬浊液洗涤并离心数次，将所得黑色沉淀在100℃下真空干燥12h即可得到v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料，经测试，其作为锂离子电池负极材料其比表面积为57.65m2·
g
‑1，首次放电比容量为530.8mah
·
g
‑1，循环100次后放电比容量保持率为83％，电荷转移阻抗为321ω。
93.实施例7
94.步骤一：制备层状v2c
‑
mxene纳米材料
95.首先，按体积比，盐酸：氟化钠＝1：1，将6mol/l氟化钠溶液加入到40ml的38wt％盐酸中搅拌均匀，然后按照碳化铝钒溶液：(氟化钠溶液 盐酸溶液)体积比为1：25加入6mol/l的碳化铝钒，以800rpm转速搅拌30分钟以得到均匀分散的黑色混合溶液。之后，将混合溶液转移到高压反应釜中，并放入恒温箱中在120℃下水热反应90h。
96.待反应时间结束后，取出高压反应釜，自然冷却至室温，将得到的黑色悬浊液离心并用稀盐酸洗涤，之后采用无水乙醇和去离子水离心洗涤数次直至溶液ph为7，将所得的黑色产物在80℃下真空干燥12h即可得到层状v2c
‑
mxene纳米材料。
97.步骤二：制备v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料
98.按质量比，六水硝酸镍溶液：六水硝酸钴溶液：尿素溶液：v2c
‑
mxene：柠檬酸溶液＝1：0.6：1.6：0.45：0.16，固液比为1：20，备料。六水硝酸钴溶液浓度为0.1mol/l、六水硝酸镍溶液浓度为0.06mol/l、尿素溶液浓度为0.6mol/l、柠檬酸溶液的浓度为0.015mol/l，将六水硝酸钴溶液、六水硝酸镍溶液和尿素溶液一起超声分散在81ml去离子水中，得到均匀分散的淡绿色混合溶液，之后缓慢加入v2c
‑
mxene与柠檬酸溶液并搅拌均匀。将混合溶液转移至高压反应釜中并放置在恒温箱中在150℃下水热反应13h。反应结束后，采用无水乙醇和去离子水对所得到的黑色悬浊液洗涤并离心数次，将所得黑色沉淀在100℃下真空干燥12h即可得到v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料，经测试，其作为锂离子电池负极材料其比表面积为58.35m2·
g
‑1，首次放电比容量为527.1mah
·
g
‑1，循环100次后放电比容量保持率为82％，电荷转移阻抗为315ω。

技术特征：
1.一种v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料制备方法，其特征在于，其步骤如下：步骤一：制备层状v2c
‑
mxene纳米材料(1)按体积比，盐酸溶液：氟化钠溶液＝(1
‑
3)：1，将氟化钠溶液加入盐酸溶液中搅拌以得到均匀的盐酸和氟化钠混合液，然后缓慢加入v2alc溶液，不断搅拌后，得到均匀分散的黑色混合溶液，其中，所述的氟化钠溶液浓度为3
‑
6mol/l，碳化铝钒溶液浓度为2.5
‑
6mol/l，盐酸溶液质量分数为32
‑
38wt％，按体积比，v2alc溶液：(氟化钠溶液 盐酸溶液)＝1：(15
‑
25)；(2)混合溶液进行水热反应，所述的水热反应时间为60
‑
90h，反应温度为80
‑
120℃，制得二维层状结构化合物v2c
‑
mxene；(3)二维层状结构化合物冷却至室温，获得黑色悬浊液，依次经离心、洗涤、二次离心后，干燥，制得层状v2c
‑
mxene纳米材料；步骤二：制备v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料(1)按质量比，六水硝酸镍溶液：六水硝酸钴溶液：尿素溶液：v2c
‑
mxene：柠檬酸溶液＝1：(0.2
‑
0.6)：(1.2
‑
1.6)：(0.12
‑
0.45)：(0.07
‑
0.16)，固液比为1：(15
‑
20)，备料，其中，六水硝酸钴溶液、六水硝酸镍溶液、尿素溶液和柠檬酸溶液加入量以溶质质量计；(2)将六水硝酸钴溶液、六水硝酸镍溶液和尿素溶液一起超声分散在去离子水中，得到均匀分散的淡绿色混合溶液，向混合溶液中缓慢加入v2c
‑
mxene与柠檬酸溶液并搅拌均匀，获得混合溶液；(3)将混合溶液进行水热反应，所述的水热反应时间为6
‑
13h，反应温度为80
‑
150℃，完成钴镍双金属氢氧化物在v2c
‑
mxene表面的原位生长，反应结束后对黑色悬浊液离心干燥，制得v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料。2.根据权利要求1所述的v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料制备方法，其特征在于，所述的步骤一(1)中，按体积比，盐酸溶液：氟化钠溶液＝2:1。3.根据权利要求1所述的v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料制备方法，其特征在于，所述的步骤一(1)中，搅拌时间为10
‑
30min，搅拌速度为400
‑
800rpm。4.根据权利要求1所述的v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料制备方法，其特征在于，所述的步骤一(3)中：离心时间为10
‑
30min，离心速度为3000
‑
5000rpm；干燥温度为40
‑
100℃，干燥时间为6
‑
12h。5.根据权利要求1所述的v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料制备方法，其特征在于，所述的步骤二(1)中，六水硝酸钴溶液浓度为0.04
‑
0.1mol/l，六水硝酸镍溶液浓度为0.02
‑
0.06mol/l，尿素溶液浓度为0.2
‑
0.6mol/l，柠檬酸溶液的浓度为0.005
‑
0.015mol/l。6.根据权利要求1所述的v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料制备方法，其特征在于，所述的步骤二(2)中，超声时间为1
‑
3h，超声功率为100
‑
500w。7.根据权利要求1所述的v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料制备方法，其特征在于，所述的步骤二(3)中：离心时间为10
‑
30min，离心速度为3000
‑
5000rpm；干燥时间为40
‑
100℃，干燥时间为6
‑
12h。8.根据权利要求1所述的v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料制备方法，其特征在于，所述的步骤二(3)中，制备的v2c
‑
mxene/钴镍双金属氢氧化物复合材料比表面积为50.25
‑
70.00m2·
g
‑1，用于锂离子电池负极时，经测试，在100ma
·
g
‑1电流密度下首次充放电
比容量能达到503.2
‑
556.3ma
·
g
‑1，循环100次后放电比容量保持率为81
‑
85％，电荷转移电阻为300
‑
350ω。
技术总结
本发明的一种V2C


技术研发人员：胡宪伟 李博 李卓 王晓丽 石忠宁 王兆文 陶文举
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：2021.03.19
技术公布日：2021/6/29