CN109904426B

CN109904426B - 一种MXene诱导生长的纳米氧化铁复合材料、制备方法及其应用

Info

Publication number: CN109904426B
Application number: CN201910160466.0A
Authority: CN
Inventors: 雷达; 陈志金; 周旭峰; 刘兆平
Original assignee: Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS; University of Chinese Academy of Sciences
Current assignee: Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS; University of Chinese Academy of Sciences
Priority date: 2019-03-04
Filing date: 2019-03-04
Publication date: 2021-11-16
Anticipated expiration: 2039-03-04
Also published as: CN109904426A

Abstract

本发明提供了一种MXene诱导生长的纳米氧化铁复合材料的制备方法，包括以下步骤：A)将Ti₃AlC₂加入HF溶液中，进行刻蚀，得到刻蚀产物；B)将所述刻蚀产物与四甲基氢氧化铵溶液混合，进行插层，然后再加入LiOH，进行反应，得到中间产物；所述LiOH与所述刻蚀产物的质量比为(0.04～0.09)：1；C)将所述中间产物在水中分散，超声1～1.5小时后离心，得到的上清液为MXene溶液；D)在所述MXene溶液中依次加入铁盐溶液和碱液，进行原位生长，得到纳米氧化铁复合材料；所述铁盐溶液包括铁盐和分散剂。本发明还提供了一种MXene诱导生长的纳米氧化铁复合材料及其应用。

Description

一种MXene诱导生长的纳米氧化铁复合材料、制备方法及其应用

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种MXene诱导生长的纳米氧化铁复合材料、制备方法及其应用。

背景技术

锂离子电池具有低成本、环境友好、高能量密度、无记忆效应、质量轻等特点，在手机、电脑、电动汽车等许多领域有着广泛的应用。目前，传统的负极材料一般采用石墨，但是这种材料的比容量较低，随着社会发展的需求，新的更高比容量的负极材料受到越来越多的关注。氧化铁就是其中一种，它用于锂离子电池负极有以下优势：(1)较高的质量比容量(1007mAh/g)；(2)丰富的自然储量；(3)无毒无害。但是，它也有自身的不足：(1)导电性差；(2)在脱嵌锂过程中发生体积膨胀，影响电池的循环性能。

MXene是一类新型二维材料，具有近似金属的导电性(导电率约为10⁵S/m)，可以用来提高氧化铁的导电性，同时其独特的二维纳米结构也可以用于缓冲氧化铁在脱嵌锂过程中发生的体积膨胀，进而改善氧化铁的电化学性能。目前，关于用MXene改性氧化铁的方法主要集中在物理改性方面，如专利CN 108630920 A和专利CN 107221428 A都是通过机械超声、混合抽膜的方式制备氧化铁和MXene的复合材料，以此改善氧化铁的电化学性能。

然而，这种物理改性的手段存在一些不可避免的缺点，首先，由于机械超声难以保证良好的均匀性，导致氧化铁颗粒粒径大小不一，使得后续的混合抽膜过程中颗粒之间发生聚集，其次，片层结构的MXene也会发生堆叠的问题，导致部分MXene失去了其缓冲模板的作用，无法发挥其优良的导电性，又降低了缓冲氧化铁在脱嵌锂过程中体积膨胀的效果，对复合材料的电化学性能造成影响。有鉴于此，探究一种更加均匀、更加有效的复合改性方式，成为关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MXene诱导生长的纳米氧化铁、其制备方法及其应用，本发明中的制备方法能够利用MXene对氧化铁进行原位化学复合改性，形成更加均匀的复合结构，提高材料的电化学性能。

本发明提供一种MXene诱导生长的纳米氧化铁复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A)将Ti₃AlC₂加入HF溶液中，进行刻蚀，得到刻蚀产物；

B)将所述刻蚀产物与四甲基氢氧化铵溶液混合，进行插层，然后再加入LiOH，进行反应，得到中间产物；

所述LiOH与所述刻蚀产物的质量比为(0.04～0.09)：1；

C)将所述中间产物在水中分散，超声1～1.5小时后离心，得到的上清液为MXene溶液；

D)在所述MXene溶液中依次加入铁盐溶液和碱液，进行原位生长，得到的产物进行退火处理，得到纳米氧化铁复合材料；

所述铁盐溶液包括铁盐和分散剂。

优选的，所述刻蚀的温度为50～70℃；

所述刻蚀的时间为12～36小时。

优选的，所述四甲基氢氧化铵溶液的质量浓度为15～40％。

优选的，所述铁盐为FeCl₃、Fe₂(SO₄)₃和Fe(NO₃)₃中的一种或几种；

所述铁盐溶液中Fe³+的浓度为0.005～0.02mol/L。

优选的，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵和聚二烯丙基二甲基氯化铵中的一种或几种；

所述分散剂在所述铁盐溶液中的质量浓度为0.1～0.5g/L。

优选的，所述MXene溶液中-OH官能团含量为30～60％。

优选的，所述MXene溶液、铁盐溶液中铁离子和碱液中的碱的摩尔比为(0.5～2):1:3。

优选的，所述原位复合的温度为40～60℃；

所述原位复合的时间为3～5小时。

本发明提供一种MXene诱导生长的纳米氧化铁复合材料，按照上述制备方法制得。

本发明提供一种如上述MXene诱导生长的纳米氧化铁复合材料作为负极材料在锂离子电池中的应用。

本发明提供了一种MXene诱导生长的纳米氧化铁复合材料的制备方法，包括以下步骤：A)将Ti₃AlC₂加入HF溶液中，进行刻蚀，得到刻蚀产物；B)将所述刻蚀产物与四甲基氢氧化铵溶液混合，进行插层，然后再加入LiOH，进行反应，得到中间产物；所述LiOH与所述刻蚀产物的质量比为(0.04～0.09)：1；C)将所述中间产物在水中分散，超声1～1.5小时后离心，得到的上清液为MXene溶液；D)在所述MXene溶液中依次加入铁盐溶液和碱液，进行原位生长，得到纳米氧化铁复合材料；所述铁盐溶液包括铁盐和分散剂。本发明通过特定的方法制备出小片层、特定-OH含量范围的MXene，该种MXene不仅能够避免易堆叠的问题，还能够诱导在其表面生长粒径更小、分布更均匀的纳米氧化铁，改善氧化铁在脱嵌锂过程中发生的体积膨胀问题，又有利于提高导电性能，进而改善电化学性能。实验结果表明，采用本发明中的制备方法制得的纳米氧化铁复合材料作为负极材料组装得到的锂离子电池，在大电流密度4A/g下的容量保持率为29.6％，在循环1000次之后仍能保持264.3mAh/g的较高容量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中MXene和Fe₂O₃@MXene的拉曼图谱；

图2为本发明实施例1中MXene和Fe₂O₃@MXene的XPS-O1s精细谱；

图3为本发明实施例1和比较例1的产品形貌图；

图4为本发明实施例1和比较例1的倍率性能图；

图5为本发明实施例1和比较例1的循环性能图；

图6为本发明实施例2和比较例2的产品形貌图；

图7为本发明实施例3和比较例3的产品形貌图。

具体实施方式

本发明提供了一种MXene诱导生长的纳米氧化铁复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A)将Ti₃AlC₂加入HF溶液中，进行刻蚀，得到刻蚀产物；

所述LiOH与所述刻蚀产物的质量比为(0.04～0.09)：1；

D)在所述MXene溶液中依次加入铁盐溶液和碱液，进行原位生长，得到纳米氧化铁复合材料；

所述铁盐溶液包括铁盐和分散剂。

本发明优选将溶液中，进行搅拌，进行充分刻蚀，然后将得到的刻蚀后的固体产物用去离子水清洗3～5次之后，进行真空干燥，得到粉末状的刻蚀产物。

在本发明中，所述Ti₃AlC₂的质量与HF的体积之比优选为1g:10mL，所述HF溶液的质量浓度优选为30～50％，更优选为40％；所述进行刻蚀的温度优选为50～70℃，更优选为60～65℃；所述刻蚀的时间优选为12～36小时，更优选为24小时；所述真空干燥的温度优选为60～80℃，更优选为65～75℃，最优选为70℃；所述真空干燥的时间优选为8～24小时，更优选为12～18小时。

完成上述刻蚀之后，本发明优选将所述刻蚀产物加入四甲基氢氧化铵溶液中，进行搅拌，该步骤的作用为插层，以增大片层间距，利于片层剥离，得到更小片层的MXene。

在本发明中，所述四甲基氢氧化铵溶液的质量浓度优选为15～40％，更优选为20～35％，最优选为25～30％；所述搅拌的温度优选为室温；所述搅拌的时间优选为24～36小时。

完成插层之后，本发明在反应体系中继续加入LiOH，进行搅拌，该步骤的目的为将MXene中部分的-F官能团转化为-OH官能团，使-OH官能团占比总官能团的30～60％，笔者研究发现，MXene中的-OH官能团有利于异相成核反应，能够为氧化铁晶体提供形核位点，并且当-OH官能团含量占比总官能团30％～60％时，才有利于诱导生长小粒径尺寸的氧化铁晶粒。

在本发明中，所述LiOH与所述刻蚀产物的质量比为(0.04～0.09)：1，更优选为(0.05～0.08)：1，具体的，在本发明的实施例中，可以是0.07:1、0.09:1或0.04:1；该步骤中搅拌的温度优选为室温；所述搅拌的时间优选为24～36小时。

上述官能团的转化之后，将得到的固体产物加入到去离子水中重新分散，进行超声，该步骤的目的为剥离片层并得到小片层的MXene，以本发明中小片层(1～2μm)的MXene为基底生长氧化铁晶体也有利于生长小粒径尺寸的氧化铁晶粒。

在本发明中，所述超声的频率优选为40～60KHz；所述超声的时间优选为1～1.5小时。在上述超声条件下，能够得到特定尺寸的小片层MXene。

得到特定的MXenen溶液之后，本发明将铁盐溶液加入所述MXene溶液中，进行搅拌，再逐滴加入碱液，进行搅拌，得到固体产物，再将所述固体产物冷冻干燥之后进行退火，得到纳米氧化铁复合材料。

在本发明中，所述碱液优选为NaOH和/或KOH，所述碱液的浓度优选为0.01～0.05mol/L，更优选为0.02～0.04mol/L，最优选为0.03mol/L。

所述铁盐溶液中优选包括铁盐和分散剂，所述铁盐优选为可溶性铁盐，如FeCl₃、Fe₂(SO₄)₃和Fe(NO₃)₃中的一种或几种；所述铁盐溶液中Fe³+的浓度优选为0.005～0.02mol/L，更优选为0.01～0.015mol/L；所述分散剂优选为聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵和聚二烯丙基二甲基氯化铵中的一种或几种；所述分散剂在所述铁盐溶液中的质量浓度为0.1～0.5g/L，更优选为0.2～0.4g/L，最优选为0.3g/L。

本发明在铁盐溶液中加入分散剂，能够有效分散Fe³⁺，让后续Fe₂O₃晶体均匀成核。

在本发明中，所述MXene溶液中MXene、铁盐溶液中铁离子和碱液中碱的摩尔比优选为(0.5-2):1:3,更优选为(1-2):1:3，最优选为1:1:3；所述加入铁盐溶液之后的搅拌的温度优选为室温；所述加入铁盐溶液之后的搅拌时间优选为30～60min；所述加入碱液之后的搅拌的温度优选为40～60℃，更优选为45～55℃，最优选为50℃；所述加入碱液之后的搅拌的时间优选为3～5小时，更优选为4小时。

本发明优选在氩气氛围下进行所述退火，所述退火的温度优选为200～400℃；更优选为250～350℃，最优选为300℃；所述退火的时间优选为0.5～2小时，更优选为2～1.5小时。

本发明还提供了一种MXene诱导生长的纳米氧化铁复合材料，按照上述制备方法制得。

在本发明中，所述纳米氧化铁复合材料中，MXene片层的大小为1～2μm；在所述MXene表面原位生长的纳米氧化铁颗粒粒径约为50nm，并且分散均匀，无团聚现象。

本发明还提供了一种纳米氧化铁复合材料作为阴极材料在锂离子电池中的应用。

本发明对所述的锂离子电池的种类没有特殊的限制，采用本领域技术人员常用的以纳米氧化铁为阴极的锂离子电池即可。在本发明的实施例中，可以炭黑：聚偏氟乙烯(PVDF)＝80:10:10的比例进行混合制备电极片作为工作电极，锂片作为对电极，隔膜用多孔聚丙烯薄膜(Celgard 2300)，电解液用1MLiPF₆/碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)(w/w＝1:1)的混合溶液，组装扣式电池，进行倍率性能和循环性能测试。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种MXene诱导生长的纳米氧化铁、其制备方法及其应用进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

(1)制备小片层、-OH官能团含量50％的MXene溶液

称取10g Ti₃AlC₂(MAX)粉末，将其缓慢加入到100mL质量分数40％的HF溶液中，50℃条件下持续搅拌24h。然后，将充分刻蚀之后的固体产物用去离子水洗3～5次，再放入烘箱中60℃条件下真空干燥12h得到粉末产物。

称取1g的上述粉末，加入25mL质量分数25％的四甲基氢氧化铵(TMAOH)溶液，室温下搅拌36h，再加入质量为0.07g的LiOH固体粉末，室温下搅拌24h，离心，将固体分离物加入到500mL去离子水中重新分散，超声1h，再将溶液在3500rpm转速下离心1h，得到的上清液即为小片层、-OH官能团含量50％的MXene溶液。

(2)制备分散剂修饰的Fe³⁺分散液

配制100mL的Fe³⁺浓度为0.01mol/L的FeCl₃溶液，向其中加入10mg聚乙烯吡咯烷酮，室温下搅拌1h，即可得到分散剂修饰的Fe³⁺分散液。

(3)利用小片层、-OH官能团含量50％的MXene诱导生长纳米氧化铁

取100mL上述小片层、-OH官能团含量50％的MXene溶液，向其中缓慢加入25mL分散剂修饰的Fe³⁺分散液，室温下搅拌30min，再逐滴加入25mL浓度为0.03mol/L的NaOH溶液，在40℃条件下搅拌3h。然后，将得到的固体产物用去离子水洗3～5次，再进行冷冻干燥，最后在氩气氛围下200℃退火1h即可得到最终产物，即Fe₂O₃@MXene。

作为比较，对照例1(氧化铁)按照如下方法合成：取100mLFe³⁺浓度为0.1mol/L的FeCl₃溶液，向其中缓慢加入100mL浓度为0.3mol/L的NaOH溶液，在40℃条件下搅拌3h。然后，将得到的固体产物用去离子水洗3～5次，再进行冷冻干燥，最后在氩气氛围下200℃退火1h。

将实施例1和对照例1均按照活性物质：炭黑：聚偏氟乙烯(PVDF)＝80:10:10的比例进行混合制备电极片作为工作电极，锂片作为对电极，隔膜用多孔聚丙烯薄膜(Celgard2300)，电解液用1MLiPF₆/碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)(w/w＝1:1)的混合溶液，组装扣式电池，进行倍率性能和循环性能测试。

图1是MXene和Fe₂O₃@MXene的拉曼图，图2是MXene和Fe₂O₃@MXene的XPS-O1s精细谱，通过对比发现，MXene的部分Ti-O-H基团转化成了Ti-O-Fe基团，证明MXene的-OH官能团为Fe₂O₃晶体提供了形核位点。

图3是实施例1和对照例1的形貌图，(a)是Fe₂O₃的扫描电镜图，(b)是Fe₂O₃@MXene的扫描电镜图，(c)是Fe₂O₃的透射电镜图，(d)是Fe₂O₃@MXene的透射电镜图，通过对比发现，MXene诱导生长的Fe₂O₃纳米颗粒粒径约为50nm，没有加入MXene制备的Fe₂O₃纳米颗粒粒径约为100nm，MXene片层大小为1-2μm，证明小片层、-OH官能团含量50％的MXene能够诱导生长更小粒径尺寸的Fe₂O₃纳米颗粒。而且，没有加入MXene制备的Fe₂O₃纳米颗粒明显出现了严重的颗粒聚集现象，而通过MXene诱导生长的Fe₂O₃纳米颗粒则是均匀地分布在MXene片层表面且大小均一，证明分散剂的加入起到了关键作用。

图4是实施例1和对照例2的倍率性能图，实施例在大电流密度(4A/g)下的容量保持率为29.6％，远高于对照例(2.8％)。图5是实施例和对照例的循环性能图，实施例在循环1000次后仍能保持较高的容量(264.3mAh/g)，远高于对照例(92.4mAh/g)。

实施例2

(1)制备小片层、-OH官能团含量30％的MXene溶液

称取10g Ti₃AlC₂(MAX)粉末，将其缓慢加入到100mL质量分数40％的HF溶液中，70℃条件下持续搅拌24h。然后，将充分刻蚀之后的固体产物用去离子水洗3～5次，再放入烘箱中80℃条件下真空干燥12h得到粉末产物。

称取2g的上述粉末，加入50mL质量分数25％的四甲基氢氧化铵(TMAOH)溶液，室温下搅拌48h，再加入质量为0.08g的LiOH固体粉末，室温下搅拌36h，离心，将固体分离物加入到500mL去离子水中重新分散，超声1.5h，再将溶液在3500rpm转速下离心1h，得到的上清液即为小片层、-OH官能团含量30％的MXene溶液。

(2)制备分散剂修饰的Fe³⁺分散液

配制一定体积200mL的Fe³⁺浓度为0.01mol/L的Fe(NO₃)₃溶液，向其中加入30mg聚二烯丙基二甲基氯化铵，室温下搅拌1h，即可得到分散剂修饰的Fe³⁺分散液。

(3)利用小片层、-OH官能团含量30％的MXene诱导生长纳米氧化铁

取100mL上述小片层、-OH官能团含量30％的MXene溶液，向其中缓慢加入30mL分散剂修饰的Fe³⁺分散液，室温下搅拌30min，再逐滴加入30mL浓度为0.03mol/L的KOH溶液，在60℃条件下搅拌5h。然后，将得到的固体产物用去离子水洗3～5次，再进行冷冻干燥，最后在氩气氛围下400℃退火1h即可得到最终产物，即Fe₂O₃@MXene。

作为比较，对照例2(氧化铁)按照如下方法合成：取100mL Fe³⁺浓度为0.1mol/L的Fe(NO₃)₃溶液，向其中缓慢加入100mL浓度为0.3mol/L的KOH溶液，在60℃条件下搅拌5h。然后，将得到的固体产物用去离子水洗3～5次，再进行冷冻干燥，最后在氩气氛围下400℃退火1h。

图6是实施例2和对照例2的形貌图，(a)是Fe₂O₃的扫描电镜图，(b)是Fe₂O₃@MXene的扫描电镜图，通过对比发现，MXene诱导生长的Fe₂O₃纳米颗粒均匀地分布在MXene片层表面且大小均一，粒径约为50nm，MXene片层大小为1-2μm，没有加入MXene制备的Fe₂O₃纳米颗粒出现了严重的聚集现象，粒径约为100nm，证明小片层、-OH官能团含量30％的MXene能够诱导生长更小粒径尺寸的Fe₂O₃纳米颗粒。

将实施例2和对照例2均按照活性物质：炭黑：聚偏氟乙烯(PVDF)＝80:10:10的比例进行混合制备电极片作为工作电极，锂片作为对电极，隔膜用多孔聚丙烯薄膜(Celgard2300)，电解液用1M LiPF₆/碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)(w/w＝1:1)的混合溶液，组装扣式电池，进行倍率性能和循环性能测试。实施例在大电流密度(4A/g)下的容量保持率为28.2％，远高于对照例(2.1％)。并且，实施例在循环1000次后仍能保持较高的容量(252.4mAh/g)，远高于对照例(89.1mAh/g)。

实施例3

(1)制备小片层、-OH官能团含量60％的MXene溶液

称取10g Ti₃AlC₂(MAX)粉末，将其缓慢加入到100mL质量分数40％的HF溶液中，60℃条件下持续搅拌24h。然后，将充分刻蚀之后的固体产物用去离子水洗3～5次，再放入烘箱中70℃条件下真空干燥12h得到粉末产物。

称取1g的上述粉末，加入25mL质量分数25％的四甲基氢氧化铵(TMAOH)溶液，室温下搅拌48h，再加入质量为0.09g的LiOH固体粉末，室温下搅拌24h，离心，将固体分离物加入到500mL去离子水中重新分散，超声1.5h，再将溶液在3500rpm转速下离心1h，得到的上清液即为小片层、-OH官能团含量60％的MXene溶液。

(2)制备分散剂修饰的Fe³⁺分散液

配制100mL的Fe³⁺浓度为0.01mol/L的Fe₂(SO₄)₃溶液,向其中加入15mg十六烷基三甲基溴化铵，室温下搅拌1h，即可得到分散剂修饰的Fe³⁺分散液。

(3)利用小片层、-OH官能团含量60％的MXene诱导生长纳米氧化铁

取100mL上述小片层、-OH官能团含量60％的MXene溶液，向其中缓慢加入20mL分散剂修饰的Fe³⁺分散液，室温下搅拌30min，再逐滴加入20mL浓度为0.03mol/L的NaOH溶液，在50℃条件下搅拌4h。然后，将得到的固体产物用去离子水洗3～5次，再进行冷冻干燥，最后在氩气氛围下300℃退火1h即可得到最终产物，即Fe₂O₃@MXene。

作为比较，对照例3(氧化铁)按照如下方法合成：取100mL Fe³⁺浓度为0.1mol/L的Fe₂(SO₄)₃溶液，向其中缓慢加入100mLL浓度为0.3mol/L的NaOH溶液，在50℃条件下搅拌4h。然后，将得到的固体产物用去离子水洗3～5次，再进行冷冻干燥，最后在氩气氛围下300℃退火1h。

图7是实施例3和对照例3的形貌图，(a)是Fe₂O₃的扫描电镜图，(b)是Fe₂O₃@MXene的扫描电镜图，通过对比发现，MXene诱导生长的Fe₂O₃纳米颗粒均匀地分布在MXene片层表面且大小均一，粒径约为50nm，MXene片层大小为1-2μm，没有加入MXene制备的Fe₂O₃纳米颗粒出现了严重的聚集现象，粒径约为100nm，证明小片层、-OH官能团含量60％的MXene能够诱导生长更小粒径尺寸的Fe₂O₃纳米颗粒。

将实施例和对照例均按照活性物质：炭黑：聚偏氟乙烯(PVDF)＝80:10:10的比例进行混合制备电极片作为工作电极，锂片作为对电极，隔膜用多孔聚丙烯薄膜(Celgard2300)，电解液用1M LiPF₆/碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)(w/w＝1:1)的混合溶液，组装扣式电池，进行倍率性能和循环性能测试。实施例在大电流密度(4A/g)下的容量保持率为27.4％，远高于对照例(1.7％)。并且，实施例在循环1000次后仍能保持较高的容量(239.4mAh/g)，远高于对照例(81.5mAh/g)。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种MXene诱导生长的纳米氧化铁复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A）将Ti₃AlC₂加入HF溶液中，进行刻蚀，得到刻蚀产物；

B）将所述刻蚀产物与四甲基氢氧化铵溶液混合，进行插层，然后再加入LiOH，进行反应，得到中间产物；

所述LiOH与所述刻蚀产物的质量比为（0.04~0.09）：1；

C）将所述中间产物在水中分散，超声1~1.5小时后离心，得到的上清液为MXene溶液；

所述MXene溶液中-OH官能团含量为30~60%；

D）在所述MXene溶液中依次加入铁盐溶液和碱液，进行原位生长，得到的产物进行退火处理，得到纳米氧化铁复合材料；

所述铁盐溶液包括铁盐和分散剂。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述刻蚀的温度为50~70℃；

所述刻蚀的时间为12~36小时。

3.根据权利要求1所述的制备方法，所述四甲基氢氧化铵溶液的质量浓度为15~40%。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铁盐为FeCl₃、Fe₂(SO₄)₃和Fe(NO₃)₃中的一种或几种；

所述铁盐溶液中Fe³⁺的浓度为0.005~0.02mol/L。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵和聚二烯丙基二甲基氯化铵中的一种或几种；

所述分散剂在所述铁盐溶液中的质量浓度为0.1~0.5g/L。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述MXene溶液中MXene、铁盐溶液中铁离子和碱液中的碱的摩尔比为（0.5~2）:1:3。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述原位生长的温度为40~60℃；

所述原位生长的时间为3~5小时。

8.一种MXene诱导生长的纳米氧化铁复合材料，按照权利要求1~7任意一项所述的制备方法制得。

9.一种如权利要求8所述的MXene诱导生长的纳米氧化铁复合材料作为负极材料在锂离子电池中的应用。