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。     

高性能MXene基微型超级电容器电化学性能的研究

近年来,MXene由于其高导电率与表面亲水性,良好离子传输性能和优异的机械性能,在储能领域中得到了广泛的关注并取得了一定的研究进展,其中对Ti3C2TxMXene材料的研究是最早也是最普遍的.本文研究分别通过在纤维素纸、普通A4纸、较光滑滤纸、粗糙滤纸上喷涂相同质量的MXene溶液和在同一种纸张衬底上喷涂不同厚度的薄膜,接着利用激光雕刻机雕刻相同形貌的插指图案,并组装成微型超级电容器.通过电化学性能测试,从而揭示不同厚度及不同纸基衬底对MXene基微型超级电容器电化学性能的影响.单个器件面电容达到78 mF/cm2,在功率密度为115.5 mW/cm2时,能量密度高达14.1 mWh/cm2.将四个器件进行串联,可以驱动一个时钟.     

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。     

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.     

一步水热法制备钠离子电池正极材料Na3V2(PO4)2F3及其性能研究

采用一步水热法制备了钠离子电池正极材料Na3V2(PO4)2F3,用XRD、SEM、恒流充放电等对样品进行了表征.研究表明,络合剂种类对Na3V2(PO4)2F3的结构、形貌及电化学性能有重大影响,以抗坏血酸、柠檬酸、草酸和酒石酸为络合剂制备的样品分别为小立方体、球形、大立方体和不规则球状,除以酒石酸为络合剂制备的样品为无定形结构外,其余样品均结晶良好.其中以抗坏血酸为络合剂制备的样品结晶度最高且电化学性能最优,该样品在0.05 C和0.5C倍率下的首次放电比容量为112.0 mAh/g和92.5 mAh/g,且具有良好的倍率性能和循环性能.     

二维晶体材料MXenes的合成、性能和应用研究进展

近年来,MXene材料因具有独特的结构和优异的特性越来越受到研究人员的关注,对其研究也不断深入.MXene材料是由Mn+1AXn(n=1,2,3…)相刻蚀得到,目前已有化学液相常压刻蚀法、水热刻蚀法和高温分解等制备方法.研究发现MXene拥有优良的导电性、稳定性、磁性能以及力学性能,被广泛的应用于储能、催化、吸附等应用领域.本文主要综述了MXene的基础理论、制备方法、结构性能以及其在各领域的应用研究进展,并对以后的发展和面临的问题做出了展望.     

新型复合正极材料5LiMn0.9Fe0.1PO4·Li3V2(PO4)3/C的制备及电化学性能研究

用固相法制备了5LiMn0.9Fe0.1PO4·Li3V2(PO4)3/C复合正极材料.采用XRD、SEM、TEM和电化学测试等对材料进行了表征.结果表明,复合材料由LiMn0.9Fe0.1PO4和Li3V2(PO4)3两相组成,不含其它杂质.Li3V2(PO4)3的加入使得LiMn0.9Fe0.1PO4的电化学性能得到极大地提高.该复合材料在0.05 C和1C倍率下的放电比容量分别为162.8 mAh·g-1和129.6mAh·g-1,在1C倍率下循环50次后的容量保持率为90.1;.     

碳源对锂离子电池正极材料Li3V2（PO4）3性能的影响

分别以柠檬酸、葡萄糖和蔗糖为碳源,采用球磨与碳热还原结合法制备了锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3/C。采用TG-DTA分析确定了合成过程的反应机理。通过XRD、SEM及恒电流充放电等测试研究了碳源对产物物理及电化学特性的影响。结果表明,碳源的选择对产物形貌和电化学性能影响较大。不同碳源制备的材料都具有单一相的Li3V2(PO4)3晶体结构,以柠檬酸为碳源制备的磷酸钒锂综合电化学性能较好,0.1 C和1 C条件下,首次放电容量分别为151.0 mAh·g-1和131.6 mAh.g-1,50次循环后容量保持率为95.0%和96.6%。     

Zr3Al3C5的酸碱刻蚀及其电极反应的研究

MAX是一种新型的三元结构陶瓷材料,但是,由于A与M之间键强比较弱,所以可以通过化学方法把A剥离出来,从而制备出一种类似于石墨烯的二维层状结构材料MXene.本实验以ZrH2、Al、C为原料,在高温真空管式炉中通入Ar并且在1500℃下烧结保温2 h,烧结制备出三元Zr3Al3C5陶瓷.再通过HCl+KF与KOH+KF对Zr3l3C5的刻蚀制备出二维Zr3C2晶体,并且研究了温度、酸碱浓度对刻蚀结果的影响.弄清楚了碱对Zr3Al3C5刻蚀的产物和其反应机制,还从电化学方面对其刻蚀产物和机制进行验证.研究表明,在刻蚀Zr3 Al3C5过程中,40;HF和刻蚀温度为60℃时,80℃和HCl 7.2 mol/L时,90℃和1 mol/L KOH时,刻蚀效果最好.