本發明提供了一種自支撐MXene/MWCNT柔性復合薄膜及其制備方法和應用，屬于復合材料領域。本發明將Ti₂CT_x MXene膠體溶液在復合纖維濾膜上進行第一過濾，將MWCNT分散液在所得第一薄膜層上進行第二過濾，在所得第一MWCNT層上依次循環重復所述第一過濾和第二過濾，最后再過濾Ti₂CT_x MXene膠體溶液，再進行真空冷凍干燥后去除復合纖維濾膜，得到自支撐MXene/MWCNT柔性復合薄膜。采用真空冷凍干燥技術制備的MXene/MWCNT復合薄膜電極的層間結構更加疏松，層間距更大，離子在層間的存儲和傳輸性能得到顯著改善，暴露更多的電極/電解質界面，建立開放且堅固的結構，提高結構穩定性。

技術領域

本發明涉及復合材料技術領域，尤其涉及一種自支撐MXene/MWCNT柔性復合薄膜及其制備方法和應用。

背景技術

MXene一種新型的二維過渡金屬碳/氮化物材料，其化學通式為M_n+1X_nT_x(n＝1、2或3),其中M代表過渡金屬，X代表C或N,T_x代表表面基團(如-O、-OH或-F)。MXene主要通過選擇性刻蝕將前驅體MAX相中的A原子層刻蝕，形成二維層狀結構，其具有類金屬的導電性、優異的親水性、豐富的表面官能團和贗電容等特性，在二次電池、超級電容器及催化等電化學儲能領域引起了研究者的廣泛關注。但是，MXene層間范德華力引起的層間堆疊現象抑制了表面活性位點的有效利用和阻礙了材料內部離子的快速傳輸。從而影響了MXene電極材料的比電容和倍率性能，限制了其在各個領域的拓展。

現有技術中已經公開了利用MXene和MWCNT制備MXene/MWCNT柔性復合薄膜，但是制得的MXene/MWCNT柔性復合薄膜仍存在電化學性能不佳的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種自支撐MXene/MWCNT柔性復合薄膜及其制備方法和應用。本發明制得的自支撐MXene/MWCNT柔性復合薄膜的層間結構更加疏松，層間距更大，離子在層間的存儲和傳輸性能得到顯著改善。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種自支撐MXene/MWCNT柔性復合薄膜的制備方法，包括以下步驟：

將Ti₂CT_x MXene膠體溶液在復合纖維濾膜上進行第一過濾，形成第一薄膜層；

將多壁碳納米管分散液在所述第一薄膜層上進行第二過濾，形成第一MWCNT層；

在所述第一MWCNT層上依次循環重復所述第一過濾和第二過濾，最后再過濾所述Ti₂CT_x MXene膠體溶液，得到復合薄膜；

將所述復合薄膜進行真空冷凍干燥后去除所述復合纖維濾膜，得到所述自支撐MXene/MWCNT柔性復合薄膜。

優選地，所述自支撐MXene/MWCNT柔性復合薄膜中Ti₂CT_x MXene與多壁碳納米管的質量比為1:5～15。

優選地，所述循環重復的次數為3～20次。

優選地，所述真空冷凍干燥的溫度為-60～-80℃，時間為12～24h。

優選地，所述多壁碳納米管分散液由包括以下步驟的方法制得：

將多壁碳納米管和混酸混合后依次進行水稀釋、洗滌和干燥，得到酸化MWCNT，所述混酸包括濃硫酸和濃硝酸；

將十二烷基苯磺酸鈉與水混合，得到十二烷基苯磺酸鈉水溶液；