本发明专利技术公开了一种0D/2D量子点/石墨烯纳米卷异质结构电极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：a.Mxene量子点(MXene‑QDs)的制备；b.黑磷量子点(BP‑QDs)的制备；c.氧化石墨烯(GO)纳米卷的制备；d.0D/2D量子点/石墨烯纳米卷异质结构电极材料的制备。本发明专利技术的制备方法简单，且根据本发明专利技术的方法得到的电极材料用于电池中能够显着提高LIB的电化学性能，例如较大的界面面积。
【技术实现步骤摘要】
一种0D/2D量子点/石墨烯纳米卷异质结构电极材料的制备方法
本专利技术属于电极材料制备
，具体而言，涉及一种0D/2D量子点/石墨烯纳米卷异质结构电极材料的制备方法。
技术介绍
近年来，锂离子电池(LIB)作为最有效和实用的电化学储能技术之一，已被广泛用作各种电子产品(例如计算机、手机、便携式摄像机和可穿戴设备)的主要电源。这使得LIB在许多节能应用中成为必不可少的组成部分，并改变了生活方式。为了将其应用/集成到混合动力汽车中并帮助改善可再生能源(例如风和波浪)的间歇性问题，LIB不仅需要容量大，而且还需要具有出色的速率能力和高稳定性。然而，目前市售石墨阳极电极的相对较低的容量(372mAh·g-1)和弱的Li吸附强度以及在快速充电/放电条件下的快速容量降低限制了其进一步的应用。在这种情况下，非常需要开发用于下一代LIB的替代阳极电极材料，该材料具有更高的容量、更快的充电/放电速度、更长的循环稳定性以及大规模生产以替代石墨。值得注意的是，二维(2D)材料，特别是黑磷、过渡金属碳化物和氮化物(MXenes)已经成为设计和制备功能增强的功能材料以用于各种应用的有吸引力的平台。特别地，由于其优异的导电性，高的锂存储能力和表面亲水性，它们最近在锂离子电池上引起了广泛的研究兴趣。然而，在剥离/电极制备过程中通过范德华力相互作用和/或氢键将所得纳米片重新堆叠显着地限制了离子传输和电解质渗透以及其功能表面的充分利用，因此导致电化学性能不令人满意。因此，对于单个2D材料(例如黑磷，MXenes)而言，要获得令人满意的电极仍然是一个挑战，因为它们都无法提供最大化能量密度，功率密度和循环寿命所需的所有性能。为了解决上述缺点，将这些纳米片与底物基质整合以构建异质结构可能是一种有效的策略，这可以提供多种协同强度，从而使所得的材料具有优良的性能。在这些底物基质中，石墨烯因其独特的理化性质而备受关注，它可以促进电子的快速传输和Li+离子的扩散，从而显着改善电化学性能。此外，还采取了尺寸最小化策略(长度最小至几纳米，例如量子点)，由于减少了离子扩散距离，增加了活性位，电极与电解质之间的接触面积大，因此是提高电极材料电化学性能的有效方法，这使其具有电极材料的独特优势。因此，可以预期将基于2D材料的量子点石墨烯纳米片堆叠到异质结构中提供了构建高性能电极的机会，该电极将结合各个构件的集体优势和协同性能，同时消除相关缺点。然而，通过简单的策略合理设计和可控合成具有优异电化学性能的纳米异质结构阳极材料仍然是一个巨大的挑战。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种0D/2D量子点/石墨烯纳米卷异质结构电极材料的制备方法。根据该方法得到的电极材料用于电池中能够明显提高电化学性能。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本专利技术提供了一种0D/2D量子点/石墨烯纳米卷异质结构电极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：a.Mxene量子点(MXene-QDs)的制备：将MXene纳米片均匀分散在DMF中，将所得分散液转移至高压釜中，并通入氮气以除去氧气，然后真空干燥，冷却至室温后，将获得的悬浮液经过滤、蒸发，获得最终产品；b.黑磷量子点(BP-QDs)的制备：将黑磷纳米片均匀分散在DMF中，将所得分散液倒入高压釜中，并通入氮气以除去氧气，然后真空干燥，冷却后，将得到的分散液离心并收集上清液，最后蒸发，获得最终产品；c.氧化石墨烯(GO)纳米卷的制备：将GO纳米片均匀分散在DDI水中，将得到的GO分散液水浴加热，然后迅速浸入液氮中直至完全冻结，最后，通过冷冻干燥获得石墨烯纳米卷；d.0D/2D量子点/石墨烯纳米卷异质结构电极材料的制备：将GO纳米卷在50ml含1wt％PDDA的DDI水中超声处理，然后过滤并真空干燥，得到PDDA修饰的GO纳米卷，然后将MXene-QD(或BP-QDs)和PDDA修饰的GO纳米卷按照质量比为3：1的量在THF中混合，并将混合物在氩气保护下在室温下搅拌3h，之后将混合物离心并用THF洗涤，在氮气保护气体下进行热处理，得到最终产品。优选地，所述步骤a中所述真空干燥温度为110～130℃，时间为24～48h。优选地，所述步骤b中所述真空干燥温度为140～180℃，时间为12～24h。优选地，所述步骤b中所述离心条件为：转速5000～8000rmp，时间20～60min。优选地，所述步骤c中所述水浴加热温度为70～80℃，时间为1～3h。优选地，所述步骤d中所述超声处理时间为2～5h。优选地，所述步骤d中所述真空干燥温度为40～50℃，时间为12～24h。优选地，所述步骤d中所述热处理温度为300～400℃，时间为1h。本专利技术的目的及解决其技术问题还通过采用以下技术方案来实现。本专利技术还提供了一种根据上述制备方法得到的0D/2D量子点/石墨烯纳米卷异质结构电极材料在锂离子电池中的应用。借由上述技术方案，本专利技术至少具有下列优点：本专利技术提供了一种制备0D/2D量子点/石墨烯纳米卷异质结构电极材料的方法，该方法通过冷淬灭和冷冻干燥然后自组装构成一个新的分层0D/2DMXene量子点/石墨烯纳米卷异质结构，其中包括二维(2D)石墨烯基本和零维(0D)MXene(或黑磷)量子点(QD)封装到石墨烯纳米卷中。本专利技术的0D/2D量子点/石墨烯纳米卷异质结构电极材料在其异质结构中，具有独特的一维管状形态和开放内腔的石墨烯纳米卷提供了有效的电荷传输和出色的机械性能，可以提高速率能力和循环稳定性，而MXene(或黑磷)量子点具有高容量和丰富的封装在石墨烯纳米卷材内表面中的活性位点，可以减少单个MXene(或黑磷)QD的聚集并增强其电子电导率，并在充电/放电过程中保持其结构完整性。此外，Mxene(或黑磷)DQ和石墨烯的结构相似性可以使MXene(或黑磷)QD和石墨烯之间紧密面对面接触，并提供稳定的0D/2DMXenes(或黑磷)QD/石墨烯异质结构结构，因此有利于与电解质的有效接触和快速的离子传输。此外，MXene(或黑磷)QD与石墨烯之间的明确定义的界面可以彼此增强，从而带来前所未有的性能并触发协同效应，从而使它们的离子扩散阻力更低，从而促进界面电子传输并最大化Li+的存储潜力。此外，具有明确的形态和高导电性的0D/2DMXenes(或黑磷)QD/石墨烯异质结构可以用作LIB的无粘合剂和无导电剂的电极。简而言之，此处呈现的这种独特的双组分异质结构具有许多显着的优势，可作为电极材料来显着提高LIB的电化学性能，例如较大的界面面积，可快速插入/抽出锂，扩散短，且直接的一维途径由于这种独特的异质结构中各成分的协同作用，0D/2DMXenes(或黑磷)QD/石墨烯纳米卷动异质结构电极材料可用作LIBs的阳极。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1为本专利技术的0本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种0D/2D量子点/石墨烯纳米卷异质结构电极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：/na.Mxene量子点(MXene-QDs)的制备：将MXene纳米片均匀分散在DMF中，将所得分散液转移至高压釜中，并通入氮气以除去氧气，然后真空干燥，冷却至室温后，将获得的悬浮液经过滤、蒸发，获得最终产品；/nb.黑磷量子点(BP-QDs)的制备：将黑磷纳米片均匀分散在DMF中，将所得分散液倒入高压釜中，并通入氮气以除去氧气，然后真空干燥，冷却后，将得到的分散液离心并收集上清液，最后蒸发，获得最终产品；/nc.氧化石墨烯(GO)纳米卷的制备：将GO纳米片均匀分散在DDI水中，将得到的GO分散液水浴加热，然后迅速浸入液氮中直至完全冻结，最后，通过冷冻干燥获得石墨烯纳米卷；/nd.0D/2D量子点/石墨烯纳米卷异质结构电极材料的制备：将GO纳米卷在50ml含1wt％PDDA的DDI水中超声处理，然后过滤并真空干燥，得到PDDA修饰的GO纳米卷，然后将MXene-QD(或BP-QDs)和PDDA修饰的GO纳米卷按照质量比为3：1的量在THF中混合，并将混合物在氩气保护下在室温下搅拌3h，之后将混合物离心并用THF洗涤，在氮气保护气体下进行热处理，得到最终产品。/n...
【技术特征摘要】
1.一种0D/2D量子点/石墨烯纳米卷异质结构电极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
a.Mxene量子点(MXene-QDs)的制备：将MXene纳米片均匀分散在DMF中，将所得分散液转移至高压釜中，并通入氮气以除去氧气，然后真空干燥，冷却至室温后，将获得的悬浮液经过滤、蒸发，获得最终产品；
b.黑磷量子点(BP-QDs)的制备：将黑磷纳米片均匀分散在DMF中，将所得分散液倒入高压釜中，并通入氮气以除去氧气，然后真空干燥，冷却后，将得到的分散液离心并收集上清液，最后蒸发，获得最终产品；
c.氧化石墨烯(GO)纳米卷的制备：将GO纳米片均匀分散在DDI水中，将得到的GO分散液水浴加热，然后迅速浸入液氮中直至完全冻结，最后，通过冷冻干燥获得石墨烯纳米卷；
d.0D/2D量子点/石墨烯纳米卷异质结构电极材料的制备：将GO纳米卷在50ml含1wt％PDDA的DDI水中超声处理，然后过滤并真空干燥，得到PDDA修饰的GO纳米卷，然后将MXene-QD(或BP-QDs)和PDDA修饰的GO纳米卷按照质量比为3：1的量在THF中混合，并将混合物在氩气保护下在室温下搅拌3h，之后将混合物离心并用THF洗涤，在氮气保护气体下...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈忠伟，
申请(专利权)人：温州玖源锂电池科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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