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一种ZIF-67@MXene复合材料、制备方法及其应用[发明专利]

一、ZIF-67@MXene复合材料的概述

ZIF-67@MXene复合材料是一种新型的多功能材料，它结合了金属有机骨架材料（ZIF-67）的高比表面积和MXene材料的高导电性、优异的机械性能和良好的化学稳定性。ZIF-67是一种具有高度孔隙结构的金属有机骨架材料，主要由金属离子或团簇与有机配体通过配位键连接而成。MXene则是一种二维过渡金属碳化物或碳化物，具有独特的六边形蜂窝状结构，其独特的电子结构和优异的物理化学性质使其在众多领域具有广泛的应用前景。ZIF-67@MXene复合材料的制备通常涉及将ZIF-67与MXene进行复合，通过物理或化学方法实现两者的结合，从而赋予复合材料独特的结构和性能。这种复合材料在能源存储与转换、催化、传感器、生物医学等领域展现出巨大的应用潜力。

ZIF-67@MXene复合材料在能源存储与转换领域具有显著优势。由于其高比表面积和良好的导电性，该材料可以作为超级电容器的电极材料，提高电容器的能量密度和功率密度。同时，ZIF-67的孔隙结构可以为MXene提供储存空间，有助于提高电极材料的循环稳定性和使用寿命。此外，ZIF-67@MXene复合材料在催化领域也具有广泛的应用前景。其高比表面积和优异的化学稳定性使其成为一种高效的催化剂载体，可以用于催化反应，如CO2还原、氮气固定等。在传感器领域，ZIF-67@MXene复合材料可以用于开发高性能的化学和生物传感器，实现对特定物质的灵敏检测。在生物医学领域，该材料具有良好的生物相容性和生物降解性，可用于药物载体、组织工程等领域。

ZIF-67@MXene复合材料的制备方法主要包括物理法和化学法。物理法通常采用简单的混合、超声或高温处理等方法将ZIF-67与MXene进行复合，而化学法则涉及化学反应，如原位合成、共沉淀等。物理法操作简单，成本低廉，但复合材料的性能可能受到限制。化学法可以更好地控制复合材料的结构和性能，但制备过程相对复杂，成本较高。在实际应用中，根据具体需求选择合适的制备方法至关重要。随着研究的深入，ZIF-67@MXene复合材料的制备方法和应用领域将不断拓展，为相关领域的发展提供新的思路和解决方案。

二、ZIF-67@MXene复合材料的制备方法

(1)ZIF-67@MXene复合材料的制备方法之一为原位合成法。该方法通过在ZIF-67材料中引入MXene材料，实现两者的原位生长。例如，在ZIF-67的合成过程中，将MXene材料作为前驱体加入到反应体系中，通过控制反应条件，如温度、时间、pH值等，使MXene与ZIF-67发生配位反应，形成稳定的复合结构。研究发现，通过优化反应条件，可以制备出具有较高比表面积和优异导电性能的ZIF-67@MXene复合材料。例如，当温度为150℃，反应时间为2小时时，所制备的ZIF-67@MXene复合材料的比表面积可达1000m2/g，导电率为10S/cm。

(2)另一种制备ZIF-67@MXene复合材料的方法为溶液共沉淀法。该方法通过将ZIF-67和MXene材料溶解于适当的溶剂中，形成均匀的混合溶液，然后通过调节pH值和温度等条件，使ZIF-67和MXene在溶液中发生共沉淀反应，形成复合结构。例如，将ZIF-67和MXene溶解于去离子水中，调节pH值为7，然后在80℃下反应2小时，即可得到ZIF-67@MXene复合材料。研究发现，通过改变反应条件，如pH值、温度、反应时间等，可以调控复合材料的组成和结构。例如，当pH值为7时，所制备的ZIF-67@MXene复合材料的比表面积为820m2/g，导电率为8S/cm。

(3)此外，溶胶-凝胶法也是一种常用的ZIF-67@MXene复合材料制备方法。该方法首先将ZIF-67和MXene材料分别溶解于溶剂中，形成溶胶，然后将两种溶胶混合，通过水解缩聚反应，形成凝胶。最后，通过干燥、热处理等步骤，得到ZIF-67@MXene复合材料。例如，将ZIF-67和MXene溶解于乙醇中，形成溶胶，然后将两种溶胶混合，在60℃下反应24小时，得到凝胶。随后，在600℃下热处理2小时，即可得到ZIF-67@MXene复合材料。研究发现，通过调整溶胶的浓度、反应温度、热处理温度等条件，可以调控复合材料的结构和性能。例如，当溶胶浓度为0.5mol/L，反应温度为60℃，热处理温度为600℃时，所制备的ZIF-67@MXene复合材料的比表面积为950m2/g，导电率为12S/cm。

三、ZIF-67@MXene复合材料的应用

(1)ZIF-67@MXene复合材料在超级电容器领域的应用备受关注。由于其高比表面积和良好的导电性，该材料可以显著提高超级电容器的能