[0001] 本发明属于电极材料技术领域，特别涉及一种基于水合肼气体膨胀辅助造孔的MXene基电极材料及其制备方法和应用。

[0002] MXene二维材料因其优异的导电性、较大的比表面积和良好的电化学性能，成为超级电容器电极材料的研究热点；尽管MXene材料具有显著的电化学性能，但在实际应用中仍面临着以下挑战：MXene材料的层状结构具有较强的堆叠倾向，尤其是在高负载的情况下，MXene的层间作用力较强，容易发生自堆叠现象，导致材料的孔隙结构塌陷，进而限制了电解液离子的有效扩散和存储；层状结构的堆叠不仅降低了电极的比表面积，还会导致导电网络的不连续性，严重影响电极的电导率与循环稳定性；尽管MXene材料具有较高的理论容量，但在高负载条件下，其电化学性能常常无法保持理想的状态；层状结构的堆叠现象不仅影响了MXene材料在高负载条件下的电容量，还影响了超级电容器的整体能量密度和功率密度；因此，如何抑制MXene的堆叠行为，增强其在高负载下的电化学性能，成为了MXene电极产业化亟需解决的技术难点。

[0017] 为了使本申请所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

[0018] 本发明提供了一种基于水合肼气体膨胀辅助造孔的MXene基电极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1、将氟化锂与盐酸溶液混合，得到含氟盐溶液；将Ti3AlC2MAX加入到所述含氟盐溶液中，搅拌进行刻蚀反应，获得反应后的混合溶液；对所述反应后的混合溶液进行离心、洗涤、振荡、超声处理，得到Ti3C2TxMXene悬浮液；其中，所述Ti3C2TxMXene悬浮液的浓度为5‑10mg/mL。

[0019] 步骤2、将所述Ti3C2TxMXene悬浮液与氢氧化钾按照质量比为1:（0.5‑3）的比例混合，在25‑35℃条件下搅拌8‑9h，得到MXene‑OH混合溶液；其中，搅拌转速为5‑10rpm，所述MXene‑OH混合溶液的浓度为3mg/mL。

[0020] 步骤3、在100‑105℃条件下细菌纤维素（BC）凝胶块进行高温除杂1h，得到除杂后的细菌纤维素凝胶块；将所述除杂后的细菌纤维素凝胶加入到去离子水中，之后在1000‑1500r/min下剪切处理5‑10min，得到细菌纤维素分散液；其中，所述细菌纤维素分散液的浓度为3‑5mg/mL。

[0021] 步骤4、将所述MXene‑OH混合溶液与所述BC分散液按照质量比为4:1‑3:2的比例混合，利用真空辅助抽滤法抽滤，得到湿膜；将所述湿膜在95‑105℃温度下进行真空恒温干燥5‑10min，得到MXene‑OH/BC薄膜；其中，MXene‑OH与BC混合后的总质量为105‑210mg，活性物‑2
质的负载量为5‑10mg cm 。

[0022] 步骤5、将180‑320μL的80%水合肼滴加在第一氧化铝陶瓷片上；将所述MXene‑OH/BC薄膜铺设在滴加有水合肼溶液的第一氧化铝陶瓷片的上表面，以利用水合肼溶液浸湿MXene‑OH/BC薄膜；待MXene‑OH/BC薄膜被水合肼溶液完全浸湿后，在MXene‑OH/BC薄膜的上表面铺设第二氧化铝陶瓷片，获得具有三明治结构的中间体。

[0023] 步骤6、将所述具有三明治结构的中间体整体放置在培养皿中，在90‑95℃真空烘箱加热5‑6h，以使水合肼分解产生气体膨胀，得到所述基于水合肼气体膨胀辅助造孔的MXene基电极材料。

[0024] 制备原理：本发明所述的基于水合肼气体膨胀辅助造孔的MXene基电极材料的制备方法，将Ti3C2TxMXene悬浮液与氢氧化钾混合后搅拌，经过KOH的作用使得MXene片层发生褶皱化变形，以在MXene表面获得更多的缺陷和裂隙，同时也引入了大量的含氧官能团，对后续水合肼的气体膨胀提供反应位点；其次，水合肼溶液在真空加热条件下发生分解释放大量气体，水合肼气体的膨胀作用突破MXene片层之间的堆叠力，导致MXene薄膜内部产生大量孔道结构；新形成的孔隙显著提高了MXene的比表面积和孔隙率，更多的孔隙能够促进电解质离子更快速的嵌入和脱出电极，提升了其功率密度和循环稳定性；同时，水合肼与MXene表面含氧官能团的反应进一步调控了MXene的表面化学特性；水合肼与含氧官能团的还原反应使得MXene表面的一部分氧化官能团被还原为带有羰基的官能团；另外，水合肼反应中能够引入氨基，氨基团的存在不仅能提高MXene的电子密度，还能增强其电子传导性，促进电荷的快速转移，对于电池和超级电容器中的电荷储存与释放过程具有重要的促进作用。

[0025] 本发明所述制备的基于水合肼气体膨胀辅助造孔的MXene基电极材料，能够在高负载下仍维持高容量；其中，所述基于水合肼气体膨胀辅助造孔的MXene基电极材料的质量‑1 ‑2 ‑1比电容为368.6‑625.63Fg ；具体的，在5mgcm 的负载量下质量比电容可达到625.63Fg ，‑2 ‑1
10mgcm 的负载量下（国际标准负载量）质量比电容可达到368.6Fg 。

[0026] 对比例本对比例提供了一种MXene基电极材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将氟化锂与盐酸溶液混合，得到含氟盐溶液；将Ti3AlC2MAX加入到所述含氟盐溶液中，搅拌进行刻蚀反应，获得反应后的混合溶液；对所述反应后的混合溶液进行离心、洗涤、振荡、超声处理，得到Ti3C2TxMXene悬浮液；其中，所述Ti3C2TxMXene悬浮液的浓度为5mg/mL。

[0027] 步骤2、在100℃条件下细菌纤维素（BC）凝胶块进行高温除杂1h，得到除杂后的细菌纤维素凝胶块；将所述除杂后的细菌纤维素凝胶加入到去离子水中，之后在1000r/min下剪切处理5min，得到细菌纤维素分散液；其中，所述细菌纤维素分散液的浓度为3mg/mL。

[0028] 步骤3、将所述Ti3C2TxMXene悬浮液与所述BC分散液按照质量比为3:2的比例混合，利用真空辅助抽滤法抽滤，得到湿膜；将所述湿膜在105℃温度下进行真空恒温干燥10min，得到MXene/BC薄膜；其中，MXene与BC混合后的总质量为105mg，活性物质的负载量为5mg ‑2cm 。

[0029] 步骤4、将320μL质量分数为80%的水合肼溶液滴加在第一氧化铝陶瓷片上；将所述MXene/BC薄膜铺设在滴加有水合肼溶液的第一氧化铝陶瓷片的上表面，以利用水合肼溶液浸湿MXene/BC薄膜；待MXene/BC薄膜被水合肼溶液完全浸湿后，在MXene/BC薄膜的上表面铺设第二氧化铝陶瓷片，获得具有三明治结构的中间体。

[0030] 步骤5、将所述具有三明治结构的中间体整体放置在培养皿中，在90℃真空烘箱加热5h，以使水合肼分解产生气体膨胀，得到所述MXene基电极材料。

[0031] 性能测试：‑2
对对比例中制备的MXene基电极材料进行实验测试，测试结果表明：在5mgcm 的负‑1 ‑1
载量、1Ag 的电流密度下，MXene基电极材料表现出297.68 F g 的质量比电容。

[0032] 实施例1本实施例1提供了一种基于水合肼气体膨胀辅助造孔的MXene基电极材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将氟化锂与盐酸溶液混合，得到含氟盐溶液；将Ti3AlC2MAX加入到所述含氟盐溶液中，搅拌进行刻蚀反应，获得反应后的混合溶液；对所述反应后的混合溶液进行离心、洗涤、振荡、超声处理，得到Ti3C2TxMXene悬浮液；其中，所述Ti3C2TxMXene悬浮液的浓度为8mg/mL。

[0033] 步骤2、将所述Ti3C2TxMXene悬浮液与氢氧化钾按照质量比为1:0.5的比例混合，在30℃下以8rpm的转速搅拌8h，得到浓度为3mg/mL的MXene‑OH混合溶液。

[0034] 步骤3、在100℃条件下细菌纤维素（BC）凝胶块进行高温除杂1h，得到除杂后的细菌纤维素凝胶块；将所述除杂后的细菌纤维素凝胶加入到去离子水中，之后在1500r/min下剪切处理8min，得到浓度为4mg/mL的细菌纤维素分散液。

[0035] 步骤4、将所述MXene‑OH混合溶液与所述BC分散液按照质量比为4:1的比例混合，利用真空辅助抽滤法抽滤，得到湿膜；将所述湿膜在105℃温度下进行真空恒温干燥10min，得到MXene‑OH/BC薄膜；其中，MXene‑OH与BC混合后的总质量为105mg，活性物质的负载量为‑25mg cm 。

[0036] 步骤5、将180μL的80%水合肼滴加在第一氧化铝陶瓷片上；将所述MXene‑OH/BC薄膜铺设在滴加有水合肼溶液的第一氧化铝陶瓷片的上表面，以利用水合肼溶液浸湿MXene‑OH/BC薄膜；待MXene‑OH/BC薄膜被水合肼溶液完全浸湿后，在MXene‑OH/BC薄膜的上表面铺设第二氧化铝陶瓷片，获得具有三明治结构的中间体。

[0037] 步骤6、将所述具有三明治结构的中间体整体放置在培养皿中，在95℃真空烘箱加热6h，以使水合肼分解产生气体膨胀，得到所述基于水合肼气体膨胀辅助造孔的MXene基电极材料。

[0038] 性能测试：对实施例1中制备的基于水合肼气体膨胀辅助造孔的MXene基电极材料进行实验‑2 ‑1
测试，测试结果表明：在5mgcm 的负载量、1Ag 的电流密度下，所述基于水合肼气体膨胀辅‑1
助造孔的MXene基电极材料表现出370.74F g 的质量比电容。

[0039] 实施例2本实施例2提供了一种基于水合肼气体膨胀辅助造孔的MXene基电极材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将氟化锂与盐酸溶液混合，得到含氟盐溶液；将Ti3AlC2MAX加入到所述含氟盐溶液中，搅拌进行刻蚀反应，获得反应后的混合溶液；对所述反应后的混合溶液进行离心、洗涤、振荡、超声处理，得到Ti3C2TxMXene悬浮液；其中，所述Ti3C2TxMXene悬浮液的浓度为10mg/mL。

[0040] 步骤2、将所述Ti3C2TxMXene悬浮液与氢氧化钾按照质量比为1:1的比例混合，在35℃下以10rpm的转速搅拌8h，得到浓度为4mg/mL的MXene‑OH混合溶液。

[0041] 步骤3、在100℃条件下细菌纤维素（BC）凝胶块进行高温除杂1h，得到除杂后的细菌纤维素凝胶块；将所述除杂后的细菌纤维素凝胶加入到去离子水中，之后在1000r/min下剪切处理10min，得到浓度为5mg/mL的细菌纤维素分散液。

[0042] 步骤4、将所述MXene‑OH混合溶液与所述BC分散液按照质量比为3:2的比例混合，利用真空辅助抽滤法抽滤，得到湿膜；将所述湿膜在105℃温度下进行真空恒温干燥8min，得到MXene‑OH/BC薄膜；其中，MXene‑OH与BC混合后的总质量为105mg，活性物质的负载量为‑25mg cm 。

[0043] 步骤5、将320μL的80%水合肼滴加在第一氧化铝陶瓷片上；将所述MXene‑OH/BC薄膜铺设在滴加有水合肼溶液的第一氧化铝陶瓷片的上表面，以利用水合肼溶液浸湿MXene‑OH/BC薄膜；待MXene‑OH/BC薄膜被水合肼溶液完全浸湿后，在MXene‑OH/BC薄膜的上表面铺设第二氧化铝陶瓷片，获得具有三明治结构的中间体。

[0044] 步骤6、将所述具有三明治结构的中间体整体放置在培养皿中，在90℃真空烘箱加热5h，以使水合肼分解产生气体膨胀，得到所述基于水合肼气体膨胀辅助造孔的MXene基电极材料。

[0045] 性能测试：对实施例2中制备的基于水合肼气体膨胀辅助造孔的MXene基电极材料进行实验‑2 ‑1
测试，测试结果表明：在5mgcm 的负载量、1Ag 的电流密度下，所述基于水合肼气体膨胀辅‑1
助造孔的MXene基电极材料表现出625.63F g 的质量比电容。

[0046] 实施例3本实施例3提供了一种基于水合肼气体膨胀辅助造孔的MXene基电极材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将氟化锂与盐酸溶液混合，得到含氟盐溶液；将Ti3AlC2MAX加入到所述含氟盐溶液中，搅拌进行刻蚀反应，获得反应后的混合溶液；对所述反应后的混合溶液进行离心、洗涤、振荡、超声处理，得到Ti3C2TxMXene悬浮液；其中，所述Ti3C2TxMXene悬浮液的浓度为10mg/mL。

[0047] 步骤2、将所述Ti3C2TxMXene悬浮液与氢氧化钾按照质量比为1:2的比例混合，在25℃下以10rpm的转速搅拌8h，得到浓度为5mg/mL的MXene‑OH混合溶液。

[0048] 步骤3、在100℃条件下细菌纤维素（BC）凝胶块进行高温除杂1h，得到除杂后的细菌纤维素凝胶块；将所述除杂后的细菌纤维素凝胶加入到去离子水中，之后在1000r/min下剪切处理10min，得到浓度为5mg/mL的细菌纤维素分散液。

[0049] 步骤4、将所述MXene‑OH混合溶液与所述BC分散液按照质量比为3:2的比例混合，利用真空辅助抽滤法抽滤，得到湿膜；将所述湿膜在105℃温度下进行真空恒温干燥10min，得到MXene‑OH/BC薄膜；其中，MXene‑OH与BC混合后的总质量为105mg，活性物质的负载量为‑25mg cm 。

[0050] 步骤5、将320μL的80%水合肼滴加在第一氧化铝陶瓷片上；将所述MXene‑OH/BC薄膜铺设在滴加有水合肼溶液的第一氧化铝陶瓷片的上表面，以利用水合肼溶液浸湿MXene‑OH/BC薄膜；待MXene‑OH/BC薄膜被水合肼溶液完全浸湿后，在MXene‑OH/BC薄膜的上表面铺设第二氧化铝陶瓷片，获得具有三明治结构的中间体。

[0051] 步骤6、将所述具有三明治结构的中间体整体放置在培养皿中，在90℃真空烘箱加热5h，以使水合肼分解产生气体膨胀，得到所述基于水合肼气体膨胀辅助造孔的MXene基电极材料。

[0052] 性能测试：对实施例3中制备的基于水合肼气体膨胀辅助造孔的MXene基电极材料进行实验‑2 ‑1
测试，测试结果表明：在5mgcm 的负载量、1Ag 的电流密度下，所述基于水合肼气体膨胀辅‑1
助造孔的MXene基电极材料表现出605.63F g 的质量比电容。

[0053] 实施例4本实施例4提供了一种基于水合肼气体膨胀辅助造孔的MXene基电极材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将氟化锂与盐酸溶液混合，得到含氟盐溶液；将Ti3AlC2MAX加入到所述含氟盐溶液中，搅拌进行刻蚀反应，获得反应后的混合溶液；对所述反应后的混合溶液进行离心、洗涤、振荡、超声处理，得到Ti3C2TxMXene悬浮液；其中，所述Ti3C2TxMXene悬浮液的浓度为10mg/mL。

[0054] 步骤2、将所述Ti3C2TxMXene悬浮液与氢氧化钾按照质量比为1:3的比例混合，在25℃下以10rpm的转速搅拌8h，得到浓度为3mg/mL的MXene‑OH混合溶液。

[0055] 步骤3、在100℃条件下细菌纤维素（BC）凝胶块进行高温除杂1h，得到除杂后的细菌纤维素凝胶块；将所述除杂后的细菌纤维素凝胶加入到去离子水中，之后在1000r/min下剪切处理10min，得到浓度为5mg/mL的细菌纤维素分散液。

[0056] 步骤4、将所述MXene‑OH混合溶液与所述BC分散液按照质量比为3:2的比例混合，利用真空辅助抽滤法抽滤，得到湿膜；将所述湿膜在105℃温度下进行真空恒温干燥10min，得到MXene‑OH/BC薄膜；其中，MXene‑OH与BC混合后的总质量为105mg，活性物质的负载量为‑25mg cm 。

[0057] 步骤5、将320μL的80%水合肼滴加在第一氧化铝陶瓷片上；将所述MXene‑OH/BC薄膜铺设在滴加有水合肼溶液的第一氧化铝陶瓷片的上表面，以利用水合肼溶液浸湿MXene‑OH/BC薄膜；待MXene‑OH/BC薄膜被水合肼溶液完全浸湿后，在MXene‑OH/BC薄膜的上表面铺设第二氧化铝陶瓷片，获得具有三明治结构的中间体。

[0058] 步骤6、将所述具有三明治结构的中间体整体放置在培养皿中，在90℃真空烘箱加热5h，以使水合肼分解产生气体膨胀，得到所述基于水合肼气体膨胀辅助造孔的MXene基电极材料。

[0059] 性能测试：对实施例4中制备的基于水合肼气体膨胀辅助造孔的MXene基电极材料进行实验‑2 ‑1
测试，测试结果表明：在5mgcm 的负载量、1Ag 的电流密度下，所述基于水合肼气体膨胀辅‑1
助造孔的MXene基电极材料表现出513.81F g 的质量比电容。

[0060] 实施例5本实施例5提供了一种基于水合肼气体膨胀辅助造孔的MXene基电极材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将氟化锂与盐酸溶液混合，得到含氟盐溶液；将Ti3AlC2MAX加入到所述含氟盐溶液中，搅拌进行刻蚀反应，获得反应后的混合溶液；对所述反应后的混合溶液进行离心、洗涤、振荡、超声处理，得到Ti3C2TxMXene悬浮液；其中，所述Ti3C2TxMXene悬浮液的浓度为10mg/mL。

[0061] 步骤2、将所述Ti3C2TxMXene悬浮液与氢氧化钾按照质量比为1:1的比例混合，在25℃下以10rpm的转速搅拌8h，得到浓度为3mg/mL的MXene‑OH混合溶液。

[0062] 步骤3、在100℃条件下细菌纤维素（BC）凝胶块进行高温除杂1h，得到除杂后的细菌纤维素凝胶块；将所述除杂后的细菌纤维素凝胶加入到去离子水中，之后在1200r/min下剪切处理10min，得到浓度为5mg/mL的细菌纤维素分散液。

[0063] 步骤4、将所述MXene‑OH混合溶液与所述BC分散液按照质量比为3:2的比例混合，利用真空辅助抽滤法抽滤，得到湿膜；将所述湿膜在105℃温度下进行真空恒温干燥10min，得到MXene‑OH/BC薄膜；其中，MXene‑OH与BC混合后的总质量为210mg，活性物质的负载量为‑210mg cm 。

[0064] 步骤5、将320μL的80%水合肼滴加在第一氧化铝陶瓷片上；将所述MXene‑OH/BC薄膜铺设在滴加有水合肼溶液的第一氧化铝陶瓷片的上表面，以利用水合肼溶液浸湿MXene‑OH/BC薄膜；待MXene‑OH/BC薄膜被水合肼溶液完全浸湿后，在MXene‑OH/BC薄膜的上表面铺设第二氧化铝陶瓷片，获得具有三明治结构的中间体。

[0065] 步骤6、将所述具有三明治结构的中间体整体放置在培养皿中，在90℃真空烘箱加热5h，以使水合肼分解产生气体膨胀，得到所述基于水合肼气体膨胀辅助造孔的MXene基电极材料。

[0066] 性能测试：对实施例5中制备的基于水合肼气体膨胀辅助造孔的MXene基电极材料进行实验‑2 ‑1
测试，测试结果表明：在10mgcm 的负载量、1Ag 的电流密度下，所述基于水合肼气体膨胀‑1
辅助造孔的MXene基电极材料表现出368.6F g 的质量比电容。

[0067] 如附图1‑5所示，附图1中给出了对比例中制备的基于水合肼气体膨胀辅助造孔的MXene基电极材料的平面扫描电镜图，附图2‑5中分别给出了实施例1‑4中制备的基于水合肼气体膨胀辅助造孔的MXene基电极材料的平面扫描电镜图；从附图1中可以看出，对比例中制备的基于水合肼气体膨胀辅助造孔的MXene基电极材料的层间没有被完全撑开，几乎没有孔道结构；其原因在于：MXene没有经过KOH处理，使得MXene表面含氧官能团较少，难以和水合肼发生反应及官能团置换；从附图2‑5中可以看出，实施例2‑5中制备的基于水合肼气体膨胀辅助造孔的MXene基电极材料的厚度及孔径有明显的扩大，其有助于提高电解液的浸润性和离子传输效率，从而在高负载下保持较高的容量和更好的稳定性。

[0068] 如附图6所示，附图6中给出了对比例及实施例1‑4中制备的基于水合肼气体膨胀辅助造孔的MXene基电极材料的质量比电容与电流密度的变化关系图；从附图6中可以看出，随着KOH的浓度增加，实施例1‑4中所制备的电极材料质量比电容先增大后减小，但均高于对比例中所制备的电极材料的质量比电容；其中，在MXene悬浮液与氢氧化钾质量比为1:‑1 ‑1
1的比例混合时，1Ag 的电流密度下，表现出最优的质量比电容625.63Fg 。

[0069] 如附图7所示，附图7中给出了实施例5中制备的基于水合肼气体膨胀辅助造孔的MXene基电极材料的质量比电容与电流密度的变化关系图；从附图7中可以看出在 MXene悬浮液与氢氧化钾质量比为1:1的比例混合条件下制备的基于水合肼气体膨胀辅助造孔的‑1 ‑2 ‑1MXene基电极材料，在1Ag 的电流密度下，10mgcm 国际标准的高负载下，表现出368.6Fg的质量比电容。

[0070] 上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。