一种MOF/MXene/CF复合纳米片及其合成方法
阅读说明：本技术 一种MOF/MXene/CF复合纳米片及其合成方法 (MOF/MXene/CF composite nanosheet and synthesis method thereof ) 是由 郭玉香 张瑞楠 郭菁 姚焯 徐东辉 张德航 魏原驰 于 2020-06-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种MOF/MXene/CF复合纳米片,MOF/MXene复合纳米材料通过液相沉积法在碳纤维布表面静电自组装得到自支撑结构的复合纳米片。MAX材料处理除掉材料的金属原子,得到MXene材料,MOF材料分解得到金属原子和有机配体,MOF中的金属原子进入MXene材料,而有机配体随着金属原子也进入MXene材料,MOF/MXene复合结构通过液相沉积法在碳纤维布静电自组装形成MOF/MXene/CF复合纳米片。本发明复合纳米片是二次生成的MOF材料穿插于MAX材料蚀刻后得MXene层状结构内部且附着于层状结构表面；二次生成的MOF材料是原MOF分解后得到的有机配体,通过游离金属原子A和有机配体、游离金属节点和有机配体各自产生络合作用自组装在一起。(The invention relates to an MOF/MXene/CF composite nanosheet, wherein the MOF/MXene composite nanomaterial is a composite nanosheet with a self-supporting structure obtained by electrostatic self-assembly on the surface of carbon fiber cloth through a liquid phase deposition method. And (2) treating the MAX material to remove metal atoms of the material to obtain an MXene material, decomposing the MOF material to obtain metal atoms and organic ligands, wherein the metal atoms in the MOF enter the MXene material, the organic ligands also enter the MXene material along with the metal atoms, and the MOF/MXene composite structure is subjected to electrostatic self-assembly on the carbon fiber cloth by a liquid phase deposition method to form the MOF/MXene/CF composite nanosheet. The composite nano sheet is formed by penetrating a secondarily generated MOF material into a MAX material for etching to obtain an MXene layered structure, wherein the MXene layered structure is attached to the surface of the layered structure; the MOF material generated for the second time is an organic ligand obtained after the original MOF is decomposed, and the free metal atom A and the organic ligand, the free metal node and the organic ligand are respectively subjected to complexation and self-assembly.)
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，特别涉及一种MOF/MXene/CF复合纳米片的合成方法。
背景技术
目前，锂离子电池中的负极材料主要为碳素类，例如石墨、软硬碳等，或新型电极原料，例如硅碳负极或者过渡金属氧化物。随着石油能源的枯竭，环境污染问题，市场对电池容量要求的逐步提高，传统负极的锂离子电池已经不能满足于现状。对此情况，对新型材料的复合制备并应用于锂离子电池中成为研究热点。
MXene作为新型材料，是具有与石墨烯结构相似的二维材料，化学式记为Mn+1XnTx，其中M代表前过度族金属，如Ti、V、Zr、Mn等，X为碳元素或氮元素，T为表面官能团。由前驱体MAX相(一种三元层化物，A为Ⅲ或Ⅳ主族元素)刻蚀掉中间层得到MXene层状结构，但片层易产生自堆叠，在锂电池应用中阻碍电解液对其润湿及锂离子在层间的快速传输。MOF材料是一种由金属离子和有机配体通过共价键、配位键和分子间作用力等方式结合而成的一类具有规则孔道结构的多孔材料。MOF材料具有规则可控的三维孔道结构，有利于锂离子存储和传输。CF(碳纤维)材料强度高，密度小，具有高耐久性，结构稳定，适合在高酸、碱、盐及大气腐蚀环境下使用。
现阶段，复合材料在锂电池等超级电容器领域中的应用处于高速发展期，而电极作为电容器的储能重要部位一直是研究的重点。MXene是近几年发现的一种类石墨烯二维材料，具有超高体积比容量、金属级导电性、良好的亲水性及丰富的表面化学，因而在柔性储能电极材料中有广泛的应用。在湖北汽车工业学院公开的专利(公开号：109003836B)中，公开了一种基于MXene柔性织物电极的制备方法及其应用。电镀法合成MXene柔性织物电极：将TiH2、A1和C粉末按照比例烧结后过筛得到MAX相粉末，将MAX相粉末进行化学刻蚀后得到MXene材料，再通过低温超声、离心得到Ti3C2MXene胶体溶液，最后将清洗干净的织物置于稀释后的MXene溶液中浸泡，真空干燥后制得。该工艺过程中可以有效的避免Ti3C2氧化成TiO2，显著提高电容性能，成本低且无毒无污染，可应用于超级电容器领域。MXene因其比容量高而广泛受到关注，然而，因其严重的层层堆叠现象不利于离子在垂直方向的快速扩散，影响其在大电流密度下比容量的发挥，且MXene较差的抗氧化性能严重影响其导电性和循环稳定性，因此MXene与高比容量活性材料复合来改善MXene的层堆叠现象、提升抗氧化性变得尤为重要。
金属有机框架(MOF)是由金属离子或团簇与有机配体在一定条件下通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的晶体框架材料。这类材料比表面积大，孔径大小和形状可调，容易进行修饰，质子导电和电子导电的MOF材料在燃料电池、电催化、锂离子电池、超级电容器等领域表现出潜在的应用价值。而在MOF结构中引入其他成分，可以精细调节MOF的结构，对吸附性能、催化活性和导电性能等进行改进，甚至可以使MOF具有原来不曾拥有的性能。南京邮电大学公开的专利(公开号：106611653A)中，公开了一种“一步法”制备新型MOF复合材料的方法：对MAX材料进行蚀刻获得MXene材料和游离的A离子，在蚀刻的同时加入有机配体分子，所述有机配体分子与上述A离子在MXene材料表面发生反应形MOF晶体，这样可以形成MOF与MXene材料以层状互相叠合结构的MOF/MXene复合材料。在上海工程技术大学公开的专利(公开号：105047435B)中，公开了一种水热法合成锰金属有机骨架电极材料的方法及应用：将含有Mn2+的可溶性盐、有机酸及二齿含氮配体加入到去离子水中搅拌混合均匀，在120-200℃的反应釜中反应48-96小时，反应结束后经冷却、过滤、洗涤、干燥等步骤即可制得锰金属有机骨架电极材料，比电容可达242F/g，可应用于高功率密度电源场合。
MOF以其独特的孔道结构及含有过渡金属元素的特点得到了广泛关注，已经成功地制备出了MOF作为活性材料或者作为活性材料载体的电极，也制备出了MOF作为前驱体形成活性材料或活性材料载体的电极，但是MOF作为电极相对其他电极材料而言导电性略差，不能最大程度的发挥以MOF材料作为电极的电容器最大储存性能。其次，MOF本身的制备工艺比较复杂，影响了它的形貌可控性，使得制备层次间稳定性较差，限制了MOF在电极材料中的广泛应用。因此，寻找一种制备结构稳定、比表面积大、适用范围更广、充放电库伦效率和循环性大幅度提高的复合材料具有十分重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种MOF/MXene/CF复合纳米片的合成方法，克服了传统的MXene复合材料层间距小且层间易堆叠等方面的不足。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种MOF/MXene/CF复合纳米片，MOF/MXene复合纳米材料通过液相沉积法在碳纤维布表面静电自组装得到自支撑结构的复合纳米片。
一种MOF/MXene/CF复合纳米片的合成方法，具体步骤如下：
步骤一，MAX材料刻蚀：将MAX相材料在有机溶剂或水中进行球磨，真空干燥后球磨过筛，得出亚微米级尺寸的粉末；粉末浸没氢氟酸中，室温下磁搅拌10～40h，去离子水洗涤去除多余酸溶液，室温干燥过夜，得到MXene粉末；
步骤二，分解MOF材料：MOF材料使用碳酸盐和碳酸氢盐的混合液，在充满氩气的环境下室温分解2～5h，去离子水充分洗涤去除多余盐溶液，室温干燥过夜得到分解状态MOF粉末；
步骤三，合成MOF/MXene纳米材料：在反应釜中加入步骤一得到的MXene粉末、步骤二得到的分解状态MOF粉末及醇溶液合成反应，MXene粉末和分解状态MOF粉末摩尔比为(0.8～1.55)：1；150～165℃水热5～7小时，得到具有电荷的MOF/MXene悬浊液；
步骤四，MOF/MXene悬浊液纯化去除未反应离子及有机物得到MOF/MXene沉淀物；
步骤五，MOF/MXene沉淀物加入醇溶液，利用液相沉积法在经过除杂的碳纤维布表面静电自组装，得MOF/MXene/CF复合纳米片。
所述步骤一中MAX材料选自Mn4AlC3、V4AlC3中的一种；有机溶剂为浓度50％的乙醇溶液；磁搅拌转速为1200rmp；去离子水洗涤后PH值在6.5～8.5之间。
所述步骤二中MOF材料选自(C5H5)Mn(CO)3、(C5H5)V(CO)3中的一种；碳酸盐和碳酸氢盐的混合液为NaCO3和NaHCO3的混合液，NaCO3和NaHCO3摩尔比为(0.3～0.5)：(0.8～1.1)，混合液浓度为(0.8～1.2)mol/L。
所述步骤三中醇溶液为浓度10％乙醇溶液，合成过程中反应釜内压力为8MPa。
所述步骤四，采用离心机除杂，离心速率为3000rmp。
步骤五中碳纤维布除杂方法：用浓度为60％的硝酸进行除杂，超声功率1000W，超声45分钟。
步骤五中醇溶液浓度为10％乙醇溶液，
步骤五中液相沉积法的操作：除杂的碳纤维布浸入MOF/MXene沉淀物的醇溶液中35分钟以上，再将碳纤维布随溶液倒入2-甲基咪唑溶液中静置2～3h，最后用去离子水冲洗，干燥后得MOF/MXene复合纳米片。
所述MOF/MXene/CF复合纳米片用于锂电池负极材料。
第一步中MAX材料的处理是除掉材料的金属原子，得到MXene材料，第二步中MOF材料分解得到金属原子和有机配体，MOF材料中的金属原子进入MXene材料，而有机配体随着金属原子也进入MXene材料，这样MOF/MXene复合结构就带负电荷，经过除杂后的碳纤维布表面存在正电荷，MOF/MXene复合结构存在负电荷的地方为碳纤维布的正电荷提供静电吸附位点。碳纤维布与MOF/MXene复合纳米材料的醇溶液充分浸泡后，通过液相沉积法在碳纤维布静电自组装形成MOF/MXene/CF复合纳米片。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
本发明复合纳米片是二次生成的MOF材料穿插于MAX材料蚀刻后得MXene层状结构内部且附着于层状结构表面；二次生成的MOF材料是原MOF分解后得到的有机配体，通过游离金属原子A和有机配体、游离金属节点和有机配体各自产生络合作用自组装在一起。
MXene材料与MOF材料相结合，形成MXene材料与MOF材料交错叠放的“三明治”结构的纳米层状材料，在发挥MXene高体积比容量优异性能的基础上，利用MOF材料结构的稳定性和微观结构可控性，***MXene的柔软层间，起到“支撑柱”一样的作用，形成既能最大程度的为离子提供扩散、储存的通道和空间，又能形成一种稳定的层状结构，从而进一步扩大适用范围、提高材料的充放电库伦效率和循环性能。
在MOF/MXene复合材料的基础上，引入碳纤维布(CF)，使MOF/MXene复合材料原位合成在CF上，形成结构稳定的MOF/MXene/CF复合纳米片。其次，CF本身就具备导电性及大的比表面积，在提高材料稳定性的同时又进一步增加了MOF/MXene/CF复合纳米片对离子对的储存量。
基于分解MAX材料及MOF材料并合成于CF表面的过程来制备新型MOF/MXene/CF复合纳米片，即利用MXene结构的可控性获得结构均匀的MOF复合纳米片，该方法克服了传统的MXene复合材料层间距小且层间易堆叠等方面的不足，且MOF/MXene/CF复合纳米片在超级电容器中作为储能材料方面具有很大的应用前景，可直接用作新型无粘结剂电极，省去电极片制备，减小电极体积，可作为柔性电极存在。作为锂电池负极材料，提高器件的稳定性、储存能量和利用效率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明：
以下实施例对本发明进行详细描述。这些实施例仅是对本发明的最佳实施方案进行描述，并不对本发明的范围进行限制。
一种MOF/MXene/CF复合纳米片的合成方法，MOF/MXene复合纳米材料通过液相沉积法在碳纤维布表面静电自组装得到自支撑结构的MOF/MXene/CF复合纳米片；具体步骤如下：
步骤一，MAX材料刻蚀：使用球磨机将MAX材料磨成亚微米级尺寸的MAX材料，蚀刻亚微米级尺寸的MAX材料得到游离的金属原子A和MXene层状结构；将MAX相材料在有机溶剂或水中进行球磨，真空干燥后球磨过筛，得出亚微米级尺寸的粉末；粉末浸没氢氟酸中，室温下磁搅拌10～40h，去离子水洗涤去除多余酸溶液，室温干燥过夜，得到MXene粉末；
步骤二，分解MOF材料：使用碳酸盐和碳酸氢盐水溶液将MOF材料分解成金属节点和有机配体；MOF材料使用碳酸盐和碳酸氢盐的混合液，在充满氩气的环境下室温分解2～5h，去离子水充分洗涤去除多余盐溶液，室温干燥过夜得到分解状态MOF粉末；
步骤三，合成MOF/MXene复合纳米材料：在反应釜中加入步骤一得到的MXene粉末、步骤二得到的分解状态MOF粉末及醇溶液合成反应，MXene粉末和分解状态MOF粉末摩尔比为(0.8～1.55)：1；150～165℃水热5～7小时，得到具有电荷的MOF/MXene悬浊液；
步骤四，MOF/MXene悬浊液纯化去除未反应离子及有机物得到MOF/MXene沉淀物；
步骤五，MOF/MXene沉淀物加入醇溶液，利用液相沉积法在经过除杂的碳纤维布表面静电自组装，得MOF/MXene/CF复合纳米片。
实施例1
一种MOF/MXene/CF复合纳米片的合成方法，选用Mn4AlC3和(C5H5)Mn(CO)3作为MAX材料和MOF材料，包括具有层状结构的MXene材料Mn4C3，游离金属节点V，穿插于层状结构和材料表面的以Al为节点以环戊二烯为有机配体的MOF晶体，碳布作为载体。
具体步骤如下：
步骤一，MAX材料刻蚀：选择浓度为50％的乙醇溶液20mL作为分散剂，取1.2gMn4AlC3在乙醇中进行球磨30h，真空干燥后球磨过筛，获得亚微米级的Mn4AlC3粉末。亚微米级的Mn4AlC3粉末浸没在300mL浓度为49％的氢氟酸中，转速1200rmp室温下磁搅拌20h后，用去离子水充分洗涤该溶液以去除多余酸溶液，保证洗涤后PH在6.5～8.5之间，室温干燥过夜，得到Mn4C3粉末。
步骤二，分解MOF材料：取1.5g(C5H5)Mn(CO)3，在充满氩气保护的手套箱内将(C5H5)Mn(CO)3室温下溶于200mLNaCO3和NaHCO3的混合液中，NaCO3和NaHCO3的混合液摩尔比为0.3：0.8，混合液浓度为1.2mol/L，反应时间2.5h，使(C5H5)Mn(CO)3充分分解，去离子水充分洗涤去除多余盐溶液，室温干燥过夜，得到分解状态的Mn-MOFs粉末。
步骤三，合成MOF/MXene复合纳米材料：在聚四氟乙烯为内衬的不锈钢反应釜中加入步骤一、二中干燥后的粉末，其中取步骤一中MXene粉末0.8g，步骤二中分解后的粉末1g，并加入浓度为10％的乙醇溶液30mL，在压力8Mpa、155℃下的反应釜中水热5小时，得到MOF/MXene复合纳米片悬浊液。
步骤四，纯化去除未反应离子及有机物将MOF/MXene复合纳米片悬浊液3000rmp离心5分钟，并用去离子水清洗3次，固体沉淀物在65℃下真空干燥过夜。
步骤五，将边长为5mm大小的碳纤维布分别在20mL无水乙醇和100mL去离子水中超声，功率为1000w超声45min，以去除碳纤维布表面的杂质，清洗后的碳纤维布置于10mL浓度为60％的硝酸中处理10h，清洗干燥后待用。将步骤四所得固体沉淀物溶于去离子水中，并将除杂处理过的碳纤维布浸入该溶液中30分钟以上，再将碳纤维布随溶液快速倒入2-甲基咪唑溶液中，静置2h。最后用去离子水冲洗，在干燥箱中65℃干燥。得MOF/MXene/CF复合纳米片。
Mn4AlC3和(C5H5)Mn(CO)3作为MAX材料和MOF材料，对Mn4AlC3进行蚀刻分离Al离子获得MXene材料Mn4C3和游离的Al，在蚀刻的同时分解(C5H5)Mn(CO)3得到游离金属节点Mn、环戊二烯和羧基，环戊二烯和上述Al在Mn4C3的层间自组装形成以Al为节点以环戊二烯为配体的MOF晶体，金属节点Mn进入Mn4C3表面空隙，在Mn4C3表面重新形成以Mn为节点以环戊二烯和游离羧基为配体的MOF晶体，最终获得MOF/MXene复合材料，将MOF/MXene复合材料浸泡在乙醇溶液中与处理过的CF共同浸泡静止，最终得到MOF/MXene/CF复合纳米片。
上述复合纳米片在循环伏安扫速为2mVs-1的条件下其比容量达252F g-1，在高比电容如5A g-1电流密度的大扫速下循环3000次，电容保持率达99％。
实施例2
一种MOF/MXene/CF复合纳米片的合成方法，选用Mn4AlC3和(C5H5)Mn(CO)3作为MAX材料和MOF材料，包括具有层状结构的MXene材料Mn4C3，游离金属节点V，穿插于层状结构和材料表面的以Al为节点以环戊二烯为有机配体的MOF晶体，碳布作为载体。
具体步骤如下：
步骤一，MAX材料处理：选择浓度为50％的乙醇溶液20mL作为分散剂，取1.2gMn4AlC3在乙醇中进行球磨30h，真空干燥后球磨过筛，获得亚微米级的Mn4AlC3粉末。亚微米级的Mn4AlC3粉末浸没在300mL浓度为49％的氢氟酸中，转速1200rmp室温下磁搅拌25h后，用去离子水充分洗涤该溶液以去除多余酸溶液，保证洗涤后PH在6.5～8.5之间，室温干燥过夜。得到Mn4C3粉末。
步骤二，分解MOF材料：取1.5g(C5H5)Mn(CO)3，在充满氩气保护的手套箱内将(C5H5)Mn(CO)3室温下溶于200mLNaCO3和NaHCO3的混合液中，反应时间3.5h，使(C5H5)Mn(CO)3充分分解，去离子水充分洗涤去除多余盐溶液，室温干燥过夜，得Mn-MOFs粉末。
步骤三，合成MOF/MXene复合纳米材料，在聚四氟乙烯为内衬的不锈钢反应釜中加入步骤一、二中干燥后的粉末，其中取步骤一中MXene粉末0.8g，步骤二中分解后的粉末1g，并加入浓度为10％的乙醇溶液30mL，在压力8Mpa、160℃下的反应釜中水热6小时，得到MOF/MXene复合纳米悬浊液。
步骤四，纯化去除未反应离子及有机物将MOF/MXene复合纳米片悬浊液3000rmp离心5分钟，并用去离子水清洗3次，固体沉淀物在65℃下真空干燥过夜。
步骤五，将边长为5mm大小的碳布分别在20mL无水乙醇和100mL去离子水中超声，功率为1000w超声45min，以去除碳布表面的杂质，清洗后的碳布置于10mL浓度为60％的硝酸中处理10h，清洗干燥后待用。将MOF/MXene复合纳米固体沉淀物溶于去离子水中，并将预处理过的碳布浸入该溶液中30分钟以上，再将碳布随溶液快速倒入2-甲基咪唑溶液中，静置2h。最后用去离子水冲洗，在干燥箱中65℃干燥得成品。
具有层状结构的MXene材料Mn4C3，游离金属节点V，穿插于层状结构和材料表面的以Al为节点以环戊二烯为有机配体的MOF晶体，碳布作为载体。
上述复合纳米片在循环伏安扫速为2mVs-1的条件下其比容量达246F g-1，在高比电容如5A g-1电流密度的大扫速下循环3000次，电容保持率达97％。
实施例3
一种MOF/MXene/CF复合纳米片的合成方法，选用V4AlC3和(C5H5)V(CO)3作为MAX材料和MOF材料，包括具有层状结构的MXene材料V4C3，游离金属节点Mn，穿插于层状结构和材料表面的以Al为节点以环戊二烯为有机配体的MOF晶体，碳布作为载体。具体步骤如下：
步骤一，MAX材料处理：选择浓度为50％的乙醇溶液20mL作为分散剂，取1.2gV4AlC3在乙醇中进行球磨20h，真空干燥后球磨过筛，获得亚微米级的V4AlC3粉末。亚微米级的V4AlC3粉末浸没在300mL浓度为49％的氢氟酸中，转速1200rmp室温下磁搅拌20h后，用去离子水充分洗涤该溶液以去除多余酸溶液，保证洗涤后PH在6.5～8.5之间，室温干燥过夜，得到V4C3粉末。
步骤二，分解MOF材料：取1.5g(C5H5)V(CO)3，在充满氩气保护的手套箱内将(C5H5)V(CO)3室温下溶于200mLNaCO3和NaHCO3的混合液中，反应时间2.5h，使(C5H5)V(CO)3充分分解，去离子水充分洗涤去除多余盐溶液，室温干燥过夜，得到V-MOFs粉末。
步骤三，合成MOF/MXene复合纳米材料：在聚四氟乙烯为内衬的不锈钢反应釜中加入步骤一、二中干燥后的粉末，其中取步骤一中MXene粉末0.8g，步骤二中分解后的粉末1g，并加入过量浓度为10％的乙醇溶液30mL，在压力8Mpa、155℃下的反应釜中水热5小时，得到MOF/MXene复合纳米悬浊液。
步骤四，纯化去除未反应离子及有机物将MOF/MXene复合纳米片悬浊液3000rmp离心5分钟，并用去离子水清洗3次，固体沉淀物在65℃下真空干燥过夜。
步骤五，将边长为5mm大小的碳布分别在20mL无水乙醇和100mL去离子水中超声，功率为1000w超声45min，以去除碳布表面的杂质，清洗后的碳布置于10mL浓度为60％的硝酸中处理10h，清洗干燥后待用。将MOF/MXene复合纳米片固体沉淀物溶于去离子水中，并将预处理过的碳布浸入该溶液中30分钟以上，再将碳布随溶液快速倒入2-甲基咪唑溶液中，静置2h。最后用去离子水冲洗，在干燥箱中65℃干燥得成品。
上述复合纳米片在循环伏安扫速为2mVs-1的条件下其比容量达242F g-1，在高比电容如5A g-1电流密度的大扫速下循环3000次，电容保持率达99％。
实施例4
一种MOF/MXene/CF复合纳米片的合成方法，选用V4AlC3和(C5H5)V(CO)3作为MAX材料和MOF材料，包括具有层状结构的MXene材料V4C3，游离金属节点Mn，穿插于层状结构和材料表面的以Al为节点以环戊二烯为有机配体的MOF晶体，碳布作为载体。具体步骤如下：
步骤一，MAX材料处理：选择浓度为50％的乙醇溶液20mL作为分散剂，取1.2gV4AlC3在乙醇中进行球磨30h，真空干燥后球磨过筛，获得亚微米级的V4AlC3粉末。亚微米级的V4AlC3粉末浸没在300mL浓度为49％的氢氟酸中，转速1200rmp室温下磁搅拌25h后，用去离子水充分洗涤该溶液以去除多余酸溶液，保证洗涤后PH在6.5～8.5之间，室温干燥过夜，得到V4C3粉末。
步骤二，分解MOF材料：取1.5g(C5H5)V(CO)3，在充满氩气保护的手套箱内将(C5H5)V(CO)3室温下溶于200mLNaCO3和NaHCO3的混合液中，反应时间2.5h，使(C5H5)V(CO)3充分分解，去离子水充分洗涤去除多余盐溶液，室温干燥过夜，得到V-MOFs粉末。
步骤三，合成MOF/MXene复合纳米材料：在聚四氟乙烯为内衬的不锈钢反应釜中加入步骤一、二中干燥后的粉末，其中取步骤一中MXene粉末0.8g，步骤二中分解后的粉末1g，并加入过量浓度为10％的乙醇溶液30mL，在压力8Mpa、160℃下的反应釜中水热6小时，得到MOF/MXene复合纳米悬浊液。
步骤四，纯化去除未反应离子及有机物将MOF/MXene复合纳米片悬浊液3000rmp离心5分钟，并用去离子水清洗3次，固体沉淀物在65℃下真空干燥过夜。
步骤五，在CF上的合成：将边长为5mm大小的碳布分别在20mL无水乙醇和100mL去离子水中超声，功率为1000w超声45min，以去除碳布表面的杂质，清洗后的碳布置于10mL浓度为60％的硝酸中处理10h，清洗干燥后待用。将MOF/MXene复合纳米片固体沉淀物溶于去离子水中，并将预处理过的碳布浸入该溶液中30分钟以上，再将碳布随溶液快速倒入2-甲基咪唑溶液中，静置2h。最后用去离子水冲洗，在干燥箱中65℃干燥得成品。
上述复合纳米片在循环伏安扫速为2mVs-1的条件下其比容量达242F g-1，在高比电容如5A g-1电流密度的大扫速下循环3000次，电容保持率达97％。
本发明对MAX材料进行刻蚀，分解MAX材料从而获得MXene层状材料和游离的金属离子A，在蚀刻的同时分离MOF材料，获得与上述层状结构中金属离子相同的游离金属节点及有机配体，离子在MXene材料表面及层间与有机配体发生络合作用二次形成MOF晶体，这样就可以形成MOF与MXene材料以层状互相叠合结构的MOF/MXene复合纳米材料。
由于MAX材料的结构特点，获得的MXene层状结构具有层间距分布均匀的特点，有很高的结构可控性，为MOF的穿插和附着提供条件。基于MXene层状结构的MOF晶体，在结构上也较传统MOF材料更加均匀可控，根据金属节点的微观半径不同可得到不同层间距的MOF/MXene复合纳米材料，扩展了其在锂电池等储能领域中的应用。通过选择MAX材料，可以调整MXene层状结构的层厚度、层间距等结构特征，从而实现了MOF/MXene复合纳米材料的结构多样性和可控性；通过选择CF材料，可以形成自支撑结构的MOF/MXene/CF复合纳米片，不仅提高材料的稳定性，同时CF本身具有较强的电子接受和转移性能会提高复合纳米片的存储及传输锂离子的性能，可直接作为新型无粘结剂电极。
MOF/MXene/CF复合纳米片结合三种结构，增加了材料的比表面积和孔隙率，结构的可控性提高材料的利用率，结构更加稳定且可直接作为新型无粘结剂电极，从而使得复合纳米片提高了储存能量和利用效率。
该方法操作简便安全，解决先期引入酸溶液与MAX材料反应的问题，使得产率纯度高，无新杂质引入且基本无副产物，同时解决两种材料复合结构稳定性差的问题。