本發明屬于電化學，尤其涉及一種提高多層ti3c2tx比容量的包裹改性方法。

背景技術：

1、作為一種新型二維材料，mxene以其優異的離子電導率以及快速的離子擴散速率在儲能領域展現出了非凡的潛力，截至目前已經有40多種mxene相繼被開發。然而其本身比容量低的問題限制了其在儲能領域的發展，尤其是對于多層ti3c2tx而言，其比容量只有50-70mah/g，即使是單層ti3c2tx，其比容量也僅僅只有100mah/g左右。

2、為了改善該問題，目前最主流的方式包括表面改性、異質結的構建以及擴層。其中表面改性是通過化學取代或原子摻雜優化ti3c2tx表面官能團的活性，從而使其比容量得到一定的提高，然而該方法雖然可以提高比容量，但提升幅度有限，難以滿足高能量密度儲能設備的需求；異質結的構建是利用ti3c2tx的負電特性，通過靜電吸附或化學鍵合等作用在材料表面引入帶正電的金屬離子或其氧化物，再進行后續處理，從而形成以ti3c2tx為基底的一系列異質結材料。然而異質結的構建通常需要精確控制材料的合成條件和后續處理參數，工藝復雜且難以大規模生產，且構建異質結需要ti3c2tx與其他材料（如金屬或氧化物）的緊密結合，但不同材料之間的界面相容性可能較差，導致接觸電阻增加或界面穩定性不足；擴層則是在ti3c2tx的末端基團接枝有機長碳鏈官能團，從而使其層間距增加，伴隨著新的活性位點的引入，ti3c2tx的比容量也會得到一定程度的提高，然而該方法實際操作中很難精確控制，會導致層間距不均勻，擴層后ti3c2tx的結構穩定性會受到影響，尤其是在電解液環境或長期充放電過程中，會導致層間結構坍塌或官能團脫落。

技術實現思路

1、針對上述技術問題，本發明提出了一種提高多層ti3c2tx比容量的包裹改性方法。

2、為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

3、本發明的目的之一在于提供一種提高多層ti3c2tx比容量的包裹改性方法，包括以下步驟：

4、以hf溶液和ti3alc2為原料制備得到多層ti3c2tx；

5、將1,1二羧基二茂鐵和鈷源溶解在有機溶劑中，充分混合，然后加入所述多層ti3c2tx，加熱攪拌，離心，沉淀，真空干燥，得到包裹改性后的改性多層ti3c2tx（記為：改性多層ti3c2tx-b）。

6、本發明首先對ti3alc2進行改性得到多層ti3c2tx，然后通過鈷元素對二茂鐵進行初步改性，再利用多層ti3c2tx末端官能團的負電效應將改性后的二茂鐵吸附在其表面，從而達到包裹的效果。二茂鐵豐富的官能團為鋰離子的嵌入和脫出提供了大量的活性位點，從而達到改善材料比容量低的問題。co元素的引入能夠一定程度上取代鐵的不可逆反應，從而提高材料的循環穩定性。此外由于ti3c2tx的表面被二茂鐵所包裹，從而抑制了其本身在循環過程中的材料堆疊問題，使材料的循環穩定性得到進一步的提高。

7、進一步地，所述多層ti3c2tx的制備方法具體步驟為：在25-35℃下，將ti3alc2加入hf溶液中攪拌5-7h，對得到的混合溶液進行離心、干燥，得到多層ti3c2tx。

8、更進一步地，所述ti3alc2和hf溶液的用量比為1g∶20ml；和/或

9、所述ti3alc2加入hf溶液中的過程在3-5min內完成；和/或

10、所述離心的條件為：于5000rpm下離心5min；和/或

11、所述干燥的條件為：于60-80℃下真空干燥6-12h。

12、進一步地，所述1,1二羧基二茂鐵、鈷源、有機溶劑和多層ti3c2tx的用量比為0.33g∶0.33g∶50ml∶0.2g。

13、更進一步地，所述鈷源選自co(no3)2·6h2o、cocl2和coso4中的一種；和/或

14、所述有機溶劑為n,n二甲基甲酰胺。

15、進一步地，所述加熱攪拌的條件為：于120℃下反應12h；和/或，所述離心的條件為：于5000rpm下離心5min；和/或，所述干燥的條件為：于60℃下干燥12h。

16、本發明的目的之二在于提供一種利用上述方法得到的改性多層ti3c2tx-b。

17、本發明的目的之三在于提供一種改性多層ti3c2tx在電池制備中的應用。

18、本發明的目的之四在于提供一種電池電極，原料所述改性多層ti3c2tx。

19、本發明的目的之五在于提供一種鋰離子電池，包括所述電池電極。

20、與現有技術相比，本發明具有如下優點和技術效果：

21、利用本發明方法制備得到的多層ti3c2tx比容量從原來的100mah/g左右提升至400mah/g左右；交流阻抗測試表明，改性后的ti3c2tx-b在高頻區表現出更小的擴散阻抗，低頻區離子擴散速率更快；在1a/g的電流密度下循環1000次后，ti3c2tx-b仍保持314.78mah/g的可逆比容量；改性后的ti3c2tx-b在不同電流密度下均能維持穩定的放電比容量。

技術特征：

1.一種提高多層ti3c2tx比容量的包裹改性方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的提高多層ti3c2tx比容量的包裹改性方法，其特征在于，所述多層ti3c2tx的制備方法具體步驟為：在25-35℃下，將ti3alc2加入hf溶液中攪拌5-7h，對得到的混合溶液進行離心、干燥，得到多層ti3c2tx。

3.根據權利要求2所述的提高多層ti3c2tx比容量的包裹改性方法，其特征在于，

4.根據權利要求1所述的提高多層ti3c2tx比容量的包裹改性方法，其特征在于，所述1,1二羧基二茂鐵、鈷源、有機溶劑和多層ti3c2tx的用量比為1.2mmol∶1.1mmol∶50ml∶0.2g。

5.根據權利要求4所述的提高多層ti3c2tx比容量的包裹改性方法，其特征在于，所述鈷源選自co(no3)2·6h2o、cocl2和coso4中的一種。

6.根據權利要求1所述的提高多層ti3c2tx比容量的包裹改性方法，其特征在于，

7.一種利用權利要求1-6任一項所述的包裹改性方法得到改性多層ti3c2tx。

8.一種如權利要求7所述的改性多層ti3c2tx在電池制備中的應用。

9.一種電池電極，其特征在于，原料包括權利要求7所述改性多層ti3c2tx。

10.一種鋰離子電池，其特征在于，包括權利要求9所述電池電極。

技術總結
本發明公開一種提高多層Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;x</subgt;比容量的包裹改性方法，屬于電化學技術領域。包括以下步驟：以HF溶液和Ti<subgt;3</subgt;AlC<subgt;2</subgt;為原料制備得到多層Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;x</subgt;；將1,1二羧基二茂鐵和鈷源溶解在有機溶劑中，充分混合，然后加入所述多層Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;x</subgt;，加熱攪拌，離心，沉淀，真空干燥，得到包裹改性后的Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;x</subgt;(Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;x</subgt;?b)。利用本發明方法可以有效提高MXene的比容量。

技術研發人員：張志遠,鐘卓奎,劉潔群,鐘勝奎,曾紀術,胡雪玲,白世偉,史世和,楊波
受保護的技術使用者：中國海洋大學三亞海洋研究院
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28