二維層狀Ti3C2納米片的液相剝離及在LIBs中的充放電特性.pdf

1、Ti3C2納米片作為一種新型二維材料，具有獨(dú)特且優(yōu)異的力學(xué)、電子、磁學(xué)性能，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。但是目前制備高質(zhì)量Ti3C2納米片仍然存在很多亟待解決的關(guān)鍵問題，例如層數(shù)可控性不高、均勻性差、晶體尺寸不大等。本課題首先制備 Ti3AlC2和Sn固溶的Ti3(Al,Sn)C2材料，再通過刻蝕和超聲剝離的方法制備片狀 Ti3C2Tx(Tx為 OH、F、O官能團(tuán))，重點(diǎn)探討制備過程中的HF酸濃度、腐蝕時(shí)間、快速加熱輔助分層以及超聲剝離等過程中

2、的工藝參數(shù)對 Ti3C2納米片的晶體結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸和在LIBs中的充放電特性等的影響規(guī)律。
　　通過不同Al添加量比較得到了Ti3AlC2陶瓷的最佳制備工藝：原料比Ti:Al:C=3:1.1:2，燒結(jié)溫度1400℃，加熱速率5℃/min，保溫時(shí)間4h。且該燒結(jié)工藝可推廣于Ti3(Al,Sn)C2材料的制備，Sn能夠很好地固溶到Ti3AlC2中取代部分Al。
　　采用HF酸可以有效地腐蝕掉Ti3AlC2相中的Al元素，最佳工藝

3、為：30％濃度的HF酸浸泡 Ti3AlC2粉體4h。但該方法對于Sn固溶的Ti3(Al,Sn)C2粉體腐蝕效果較差，無法形成較好的分層效果。HF酸與 Ti3AlC2相的反應(yīng)主要分為兩步。第一步，HF酸與Ti3AlC2反應(yīng)生成 Ti3C2。第二步，Ti3C2繼續(xù)與HF酸或水反應(yīng)，形成帶有官能團(tuán)的Ti3C2(OH)xFy結(jié)構(gòu)。
　　通過超聲液相剝離的方法，能夠獲得厚度僅為幾納米的Ti3C2納米片。通過對腐蝕后的Ti3C2Tx快速加熱，

4、可以有效地改善層片的分離效果，但同時(shí)也損壞了片層的完整性，在對其進(jìn)行超聲液相剝離后，很難觀察到較大尺寸的Ti3C2納米片。
　　Ti3C2Tx的層間距越大，首次充放電的比容量越大，庫倫效率越高，特別是在高電流密度下，增大層間距可以有效提高鋰離子電池的性能。但是層間距對電極的可逆容量貢獻(xiàn)不大。
　　快速加熱處理后的Ti3C2Tx，首次充電容量、首次放電容量和庫倫效率均有不同程度的提高。此外，快速加熱處理后的Ti3C2Tx，可逆