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二维层状Ti2CTx及其复合材料的制备与电化学性能研究

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摘要

MXenes作为一种新兴的二维早期过渡金属碳/氮化物,以其优良的电化学能量储存性能、高导电性以及优异的机械性能从而成为了研究热点。Ti2CTx作为MXenes家族中的一员,由于其不易剥离以及易氧化的特点,使其在储能领域的研究受到了限制。本论文以Ti2CTx为研究对象,针对其腐蚀与剥离以及Ti2CTx材料电化学性能的进一步提高,进行了以下几方面的研究工作。 (1)以HF为刻蚀剂,研究了不同HF浓度、不同腐蚀时间对Ti2CTx微观形貌的影响,并通过电化学性能分析确定了最佳腐蚀工艺。结果表明:使用20 wt%的HF腐蚀18 h,可得到形貌好且电化学性能优异的Ti2CTx。当作为锂电电极材料时,在100 mA g-1的电流密度下,循环测试200次后其放电比容量为98 mAh g-1。 (2)研究了腐蚀产物Ti2CTx在不同温度下退火处理的结构及其表面氟官能团的变化,并测试了其电化学性能。结果表明:随着温度的升高,Ti2CTx表面的氟官能团逐渐减少,其电化学性能得以增加。当作为锂电电极材料时,在100 mA g-1的电流密度下,循环测试200次后其放电比容量稳定在112.7 mAh g-1。与未经退火处理的材料相比,退火后表面氟官能团减少,从使电化学性能得到提高。 (3)采用HCl和LiF为刻蚀剂,研究了不同温度下不同腐蚀时间对Ti2CTx微观形貌的影响,从而确定了最佳腐蚀工艺,并测试了其电化学性能。结果表明:在温度为40℃且腐蚀时间为36 h时,腐蚀效果最佳,Ti2CTx电化学性能最好。作为锂电电极材料时,在100 mA g-1的电流密度下,循环测试200次后其放电比容量稳定在121.6 mAh g-1。 (4)采用HCl和LiF为刻蚀剂,通过超声处理获得了大量的Ti2CTx纳米片,使用真空抽滤的方法将其制备为柔性纸,同时为进一步提高材料的电化学性能,将Ti2CTx与碳纳米管(CNTs)复合,经真空抽滤制备出二维层状Ti2CTx/CNTs柔性纸,并测试其电化学性能。结果表明:经完全剥离得到的Ti2CTx纳米片与碳纳米管进行复合后,由于单片层具有较大的比表面积以及碳纳米管在层间提供的结构支撑,从而防止片层的重堆叠,这种结构在电化学反应过程中为电荷转移提供了快速通道。Ti2CTx/CNTs纳米复合材料在作为锂离子电池电极材料时,在100 mA g-1的电流密度下,循环测试200次后其放电比容量稳定在155.5mAh g-1,同时该复合柔性纸材料可直接用作超级电容器的电极材料,在2 mV s-1的扫描速率下,其质量比容量和体积比容量分别为515.3 F g-1和694 F cm-3。

著录项

  • 作者

    李龙飞;

  • 作者单位

    陕西科技大学;

  • 授予单位 陕西科技大学;
  • 学科 材料学
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 王芬;
  • 年度 2018
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类
  • 关键词

    二维; 层状; 复合材料; 制备; 电化学;

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