二维碳化物晶体Ti2C的制备与表征

以Ti2AlC为原料,采用浓度为10;、20;、40;的氢氟酸酸刻蚀Ti2 AlC粉体,制备出具有类石墨烯结构的二维碳化晶体Ti2C.40;氢氟酸对细度为500目的Ti2 AlC进行刻蚀,0.5h后,试样的主晶相已为Ti2C二维晶体;Ti2 AlC细度为325目时,刻蚀6h后,主晶相仍为Ti2AlC相,并没有出现Ti2C.相比于10;、40;的氢氟酸,用20;氢氟酸刻蚀制备出的Ti2C具有更完备的晶体结构.结果表明,Ti2AlC的粒径大小、刻蚀时间对Ti2C的制备具有重要的影响作用.在拉曼光谱中,有相应的Ti-C键特征峰,Ti-Al键特征峰消失.发现了在高度刻蚀的MXene二维晶体的拉曼光谱中出现了C-C键特征峰.     

新型二维晶体MXene的研究进展

MXene是一种新型的二维过渡金属碳化物或碳氮化物,化学式为Mn+1Xn,M代表过渡金属,X代表碳或者氮,n=1、2、3.目前制备的MXene表面均附有官能团,因此也常用Mn+1XnTx来表示其化学式.研究发现,MXene具有良好的导电性、透光性、磁性、低温热电性和能量存储等诸多新颖的性能.本文通过总结MXene结构和性能等方面最新的实验和理论研究成果,分析了该体系目前存在的问题,预测了其可能的应用领域和未来的发展方向.     

二维碳化物晶体V2C MXene的制备与性能研究进展

V2C MXene是新型类石墨烯二维碳化物MXene的重要成员.相对于最常见的Ti3 C2 MXene,V2CMXene更难制备,但是在某些领域,具有更好的性能.本文综述V2CMXene的制备方法、性能以及应用方面的研究进展.通过对比几种V2C的制备方法,总结出相对温和、简便且较为经济的制备高纯度V2C MXene方法.分析目前所制备的V2CMXene的结构与性能,介绍其电化学性能、催化、吸附、热稳定性、光电特性等.总结V2C MXene的应用,重点探讨V2C MXene在电化学领域的应用,并且展望其在更多领域的重要应用.     

二维晶体Ti3C2的制备及其对有机染料的吸附性能研究

采用49;的氢氟酸刻蚀Ti3AlC2成功制备了层状二维晶体Ti3C2,并研究了其作为吸附剂对有机染料罗丹明B(RhB)、亚甲基橙(MO)和亚甲基蓝(MB)的吸附性能.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、气体吸附分析仪、紫外可见分光光度计等对样品物相、晶体结构和孔隙结构及比表面积进行了表征,考察了温度和染料浓度对Ti3C2吸附效果的影响.结果表明,二维晶体Ti3C2对有机染料具有较好的吸附性能,随着温度的升高吸附速率有明显的提高;Ti3C2对RhB和MB的吸附效果随着温度的升高均有明显的提高,但对100 mg/L的MO,在25℃时吸附效果最好.45℃时,Ti3C2对浓度为50 mg/L的染料的吸附速率RhB＞ MB＞ MO.     

Ti3C2 MXene复合材料改善PMMA-LiBH4的储氢性能

通过浸渍-还原的方法合成Ti3C2/rGO/MF(三聚氰胺泡沫)复合材料(TGMF),然后将TGMF与PMMA-LiBH4结合,形成PMMA-LiBH4/TGMF(PL/TGMF)复合材料.系统地研究了PL/TGMF的储氢性能.实验表明,与PL/GMF相比,PL/TGMF具有更低的初始放氢温度,且在300～400℃具有较快的放氢速率,虽然PL/TGMF的接触角略有减小,但仍具有较好的疏水性.机理研究表明:低温下LiBH4与PMMA反应生成Li3BO3和LiB5O8,高温下(300～400℃)LiBH4与PMMA、Ti3C2相互作用生成Li2B8O13和TiB12、TiB.     

二维晶体MXene在气体吸附/转化领域的应用

MXene是一种新型的二维过渡金属碳化物或碳氮化物,化学式为Mn+1Xn,M代表过渡金属,X代表碳或者氮.这种二维材料具有二维层状堆垛结构,层与层之间有大量纳米尺度的孔隙,层间孔隙的大小非常适合于吸附气体分子.通过选择MXene的种类以及控制MXene表面的吸附官能团,可以使MXene对不同气体的吸附能力显著不同.MXene的表面具有催化活性,可以将吸附的气体转化为另一种气体.本文分析MXene在制备方面的最新进展,总结刻蚀溶液对所制备材料结构的影响;分析了MXene的独特结构导致其在气体吸附以及转化方面的优良性能,介绍了MXene在气体吸附、催化转化等方面最新的理论和实验研究成果;总结了MXene用作高性能气体吸附转化材料需要解决的主要问题.     

坩埚下降法生长La2Ti2O7晶体及其光性能研究

采用高温坩埚下降法生长La2 Ti2 O7晶体,获得的晶体尺寸约为18 mm× 12 mm× 10 mm,其表面出现了一系列(004)解理面.X射线双摇摆曲线表明该晶体具有良好的结晶质量.透过光谱显示退火后的La2 Ti2 O7晶体在可见光范围内是透明的,当波长在800 nm左右时,透过率将显著下降.La2 Ti2 O7晶体的吸收边出现在500 nm波长附近.光折射指数分析表明退火La2 Ti2 O7晶体具有高的折射率.折射率色散方程确定为n2(λ) =4.61643 +0.16198/(λ2-0.01547) -0.47201λ2,利用该公式可计算出300～1680 nm范围内任意波长下的折射指数n值.     

Ti/SnO2-IrO2电极的制备及其电化学降解对氯苯酚

电化学氧化法降解水中毒性有机物具有低碳、节能、清洁等优点,该技术的关键是开发高效、稳定、价格低廉的阳极。本文采用热分解法制备了Ti/SnO₂-IrO₂电极,对电极进行表征和电化学性能分析,并降解了对氯苯酚。考察不同因素(电流密度、目标污染物初始浓度、Cl^-浓度)对降解效果的影响。结果表明,Ti/SnO₂-IrO₂电极具有较长的寿命和良好的电化学性能。当电流密度为20 mA·cm^-2,对氯苯酚初始浓度为300 mg/L,Cl^-浓度为1 000 mg/L时,化学需氧量(COD)去除率可达89.02%,同时电极具有较低的能耗0.596 kWh·g^-1,表现出优异的催化性能。该电极具有一定的工业应用前景。     

CoS2正极材料制备及电化学性能

以CoCl2·6H2O和CS(NH2)2为水热前驱物,在不同pH值下制备了CoS2粒子,对CoS2的物相组成、微观形貌、热稳定性和正极材料电化学性能进行表征和测试.结果表明,CoS2粒子在酸性和碱性溶液中形核生长机制不同,当pH =5和pH=10时分别获得黄铁矿结构CoS2粒子其形貌为类球形和不规则块状,对应热分解温度为650℃和610℃.在100 mA/cm2放电时,两种形貌CoS2正极材料的电化学性能基本相近;800 mA/cm2放电时,类球形CoS2放电比容量较块状CoS2高9.65;,并具有优于后者的高初始放电电压及低内阻特性.     

Ti3C2Tx MXene制备及在超级电容器中的应用研究进展

二维材料(2D)MXenes因其具有高比表面积、高导电率、可溶液加工等特性,作为超级电容器电极材料受到广泛关注。本文中总结了基于HF和氟化盐的刻蚀、基于碱的刻蚀、电化学刻蚀、路易斯酸熔融盐刻蚀等几种Ti₃C₂T_x MXene的制备方法,综述了真空辅助过滤、阳离子自组装、逐层组装工艺、印刷工艺、组装MXene气凝胶和水凝胶等Ti₃C₂T_xMXene基电极材料的组装策略及其在超级电容器的应用。研究表明,不同制备方法和电极组装策略将会影响电极材料的结构和电化学性能。对Ti₃C₂T_x MXene的制备方法和电极组装策略进行了对比总结,指出了研究中存在的问题,并展望了MXene今后的研究方向。     

单层MXene纳米片Ti2N电磁特性的过渡金属(Sc、V、Zr)掺杂效应

二维材料MXene纳米片由于具有较大的比表面积和较高的电子迁移率而受到广泛的关注。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,对单层MXene纳米片Ti₂N电磁特性的过渡金属(Sc、V、Zr)掺杂效应进行了系统研究。结果表明,所有过渡金属掺杂体系结合能均为负值,结构均稳定;其中Ti₂N-Sc体系的形成能为-2.242 eV,结构更易形成,且保持稳定;掺杂后Ti₂N-Sc、Ti₂N-Zr体系磁矩增大;此外,Ti₂N-Sc体系中保留了较高的自旋极化率,达到84.9%,可预测该体系在自旋电子学中具有潜在的应用价值。     

提拉法Ti:LiAlO2晶体的生长、缺陷及N2退火研究

本文采用提拉法成功地生长了钛掺杂浓度为0.1%原子分数的LiAlO2单晶体,借助光学显微镜,结合化学腐蚀法,对Ti:LiAlO2晶体(100)面空气退火前后的缺陷特征进行了研究,用AFM观测了(100)面晶片在不同温度下流动N2气氛退火过的表面形貌。结果表明:Ti:LiAlO2晶体(100)面的位错腐蚀坑是底面为平行四边形的锥形坑,位错密度约为5.0×104cm-2,900℃空气退火后晶片表面的位错腐蚀坑变大;N2退火能显著影响晶片的表面形貌,当退火温度为900℃时,晶片的均方根粗糙度(RMS)达到最低值。     

负极材料Li4Ti5O12的制备与性能研究

利用纳米二氧化钛(P25)粉为钛源,Li2CO3为锂源,采用固相法及高能球磨法制备亚微米级尖晶石Li4Ti5O12.将Li4Ti5O12与碳纳米管(CNTs)制备成复合电极作为工作电极与锂片组成电池进行电化学性能测试.通过SEM,XRD等表征材料形貌、结构及粒径分布,通过充放电测试表征其电化学性能.结果表明,在800℃合成温度及8h合成时间制备条件下可以得到小尺寸且颗粒均匀的亚微米晶体Li4Ti5O12,且合成的产物电化学性能最佳.在800℃及8h合成条件下,产物首次充放电容量分别为188.0 mAh/g和189.1 mAh/g,首次充放效率为99.4％,且具有良好的可逆性.     

SnO2/石墨分级纳米异质结构的合成及其电化学性能研究

以石墨为基底,五水合四氯化锡为锡源,氢氧化钠为沉淀剂,采用一步水热法合成了SnO2/石墨分级纳米异质结构.利用FESEM、XRD、EDS、Raman等对SnO2/石墨分级纳米异质结构进行了形貌、结构和成分表征.研究发现,结晶良好的SnO2纳米线首先组装成SnO2纳米棒,纳米棒进一步组装成直径约450 nm的花状结构,并...     

花状NiCo-LDH/CB复合材料的制备及其电化学性能研究

以乙醇为溶剂,采用溶剂热法制备了三维花状层状双氢氧化物(Layered Double Hydroxides, LDH)与炭黑(Carbon Black, CB)复合的复合材料。采用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)对样品的结构和形貌进行表征,并通过循环伏安、交流阻抗和恒流充放电研究了材料的电化学性能。结果表明,作为超级电容器电极材料,所制备的NiCo-LDH/CB和NiCo-LDH/CB-D电极在1 A·g^-1电流密度下的比电容分别为1 520 F·g^-1和2 127 F·g^-1,即使在7 A·g^-1高电流密度下,其比电容仍可达1 438 F·g^-1和2 011 F·g^-1,容量保持率为94.6%和94.5%。与单纯的花状NiCo-LDH相比,CB的引入明显提升了材料的电化学性能。     

双向有序Ti3C2Tx/rGO复合气凝胶的制备及其电化学性能的研究

近年来,二维材料MXene因其优异的电化学性能引起了人们的关注,被广泛应用于电化学储能领域。然而,在组装电极过程中,MXene纳米片往往会产生严重的自堆积效应从而大幅限制了其电化学性能。设计三维结构的气凝胶是解决MXene自堆积问题同时开发高性能MXene基超级电容器电极材料的关键。本文利用氧化石墨烯(GO)改善了Ti₃C₂T_x气凝胶的力学强度,并通过双向冷铸和冷冻干燥、温和还原的方法制备了具有双向有序结构的Ti₃C₂T_x/rGO复合气凝胶(A-TGA)。A-TGA具有较好的力学性能和导电性,因此可直接作为超级电容器的电极材料。同时,双向有序的独特结构为电解质离子提供了无阻碍的传输通道,大幅提升了气凝胶的电化学性能。A-TGA在电流密度为1 A·g^-1时的比电容为370 F·g^-1,在100 mV·s^-1扫速下经过5 000次循环后,电容保持率高达94%,表现出优异的循环稳定性。     

金红石型Ti1-2xCrxMoxO2黑色色料制备及其性能研究

以TiO₂、Cr₂O₃和MoO₃为主要原料,采用固相反应法合成了金红石型Ti_1-2xCr_xMo_xO₂(x=0、0.05、0.10、0.15、0.20)色料。研究了Cr/Mo共掺杂量和煅烧温度对Ti_1-2xCr_xMo_xO₂色料的晶型结构、呈色性能和微观形貌等的影响。研究结果表明,5%~15%摩尔分数的Cr/Mo等量共掺杂都获得单相金红石型结构黑色色料,均可促进锐钛矿向金红石转变,且Mo掺杂有利于提高Cr在TiO₂晶格中的固溶度。随Cr/Mo共掺杂量增加,样品的黑度(L^*值)呈先减小后增大的趋势,而红色度(a^*值)和黄色度(b^*值)都表现出相反的趋势。煅烧温度在950~1 100 ℃时,样品的色度参数变化相对较小。在1 100 ℃煅烧得到的Ti_0.70Cr_0.15Mo_0.15O₂色料黑色呈色性能最佳,其L^*、a^*和b^*值分别为24.41、2.12和-2.53,且在陶瓷釉中表现出良好的呈色性能和化学稳定性。适量Cr/Mo共掺杂使TiO₂晶格产生畸变和电荷缺陷,从而吸收绝大部分可见光,是其呈现黑色的主要原因。