MXenes復(fù)合材料的制備及電容性能研究.pdf

1、MAX相是一種三元陶瓷材料，其中 M代表過渡金屬元素（如 Ti、Ta）， A代表第三主族或第四主族元素（如Al、Ga、Si或Ge）X代表C或N。MAX相通過 HF蝕刻得到的層狀化合物 MXenes具有大的比表面積。經(jīng)測試,其電容性能優(yōu)良，導(dǎo)電性、快速充放電以及循環(huán)性能出色，適用于超電電極材料，但缺點是比電容較低，儲能機理以雙電層電容為主，因此對其改性來提高比電容顯得很有前景。目前對這種層狀化合物的改性普遍利用層層剝離做成類似石墨烯的片結(jié)

2、構(gòu)。這種做法使得材料比表面積增大的同時又可以用作負載其他活性材料的基底。近年來，利用材料復(fù)合化可以解決或改善單一材料的某一性能的不足如導(dǎo)電性能差，比電容低，循環(huán)性能不穩(wěn)定等。二氧化錳作為一種金屬氧化物類電極材料具有理論比電容高、快速充放電性能好等優(yōu)點，但明顯的缺點是導(dǎo)電性能和循環(huán)穩(wěn)定性相對較差。聚苯胺作為一種導(dǎo)電聚合物具有良好的導(dǎo)電性、化學(xué)穩(wěn)定性、充放電可逆性等優(yōu)點，是用作電極材料的理想選擇。本論文利用MAX相Ti3AlC2材為原料成功

3、制備了復(fù)合材料前驅(qū)體MXenes即Ti3C2Tx(T代表 O2-、OH-、F-)、片狀 MXenes/二氧化錳(D-Ti3C2Tx/MnO2)、以及MXenes/聚苯胺(Ti3C2Tx/PANI)復(fù)合材料。經(jīng)測試循環(huán)性能、比電容均得到了改善和提高，具體研究內(nèi)容如下：
　　1.Ti3C2Tx：用氫氟酸蝕刻 MAX(Ti3AlC2)制得的 MXenes(Ti3C2Tx)經(jīng)過掃描電鏡觀察，蝕刻掉 Al元素后形成的 Ti3C2Tx呈現(xiàn)層狀

4、結(jié)構(gòu)。電化學(xué)測試結(jié)果表明，該材料具有良好的導(dǎo)電性能，比電容達到90F/g，經(jīng)過500圈循環(huán)，比電容無明顯衰減。
　　2.D-Ti3C2Tx/MnO2復(fù)合材料：Ti3C2Tx經(jīng)過 DMSO處理得到片狀MXenes(D-Ti3C2Tx)，產(chǎn)物經(jīng)與高錳酸鉀反應(yīng)后制得 D-Ti3C2Tx/MnO2復(fù)合材料。制得的 D-Ti3C2Tx/ MnO2復(fù)合材料經(jīng)過電鏡、XRD證明在 D-Ti3C2Tx表面生長了多孔網(wǎng)狀 MnO2薄膜以及球狀 Mn

5、O2。經(jīng)過一系列電化學(xué)測試，比電容高達256F/g,相對于 Ti3C2Tx提高了184％。1000次充放電循環(huán)測試后比電容為235F/g，保留率達92%，表現(xiàn)出較好的循環(huán)穩(wěn)定性。功率密度最高可達到1599.6 W kg-1，能量密度達到22.82 Wh kg-1。能奎斯特圖譜顯示 MnO2的加入對該材料阻抗性能產(chǎn)生消極影響。
　　3．Ti3C2Tx/PANI復(fù)合材料：在酸性條件下以苯胺單體為原料，通過化學(xué)氧化聚合法制得的聚苯胺與