過(guò)渡金屬碳化物衍生物的制備及其性能研究.pdf

1、過(guò)渡金屬碳化物是由過(guò)渡金屬元素和碳元素組成的一種層狀材料，由其衍生出的二維層狀過(guò)渡金屬碳化物(MXenes)和碳化物衍生碳材料等由于具有獨(dú)特的組成和結(jié)構(gòu)，在電化學(xué)儲(chǔ)能、水處理和氣體儲(chǔ)存等領(lǐng)域顯示出良好的應(yīng)用前景，引起國(guó)內(nèi)外的關(guān)注。目前，將過(guò)渡金屬碳化物轉(zhuǎn)化為過(guò)渡金屬氧化物/碳復(fù)合材料的報(bào)道相對(duì)較少，且制備過(guò)程比較繁瑣。碳化物衍生碳的制備通常采用有毒氣體氯氣作為刻蝕劑，不僅污染環(huán)境，還威脅人體健康。因此，應(yīng)探索更加安全和簡(jiǎn)便的碳化物衍生物

2、的合成方法。
　　本論文選擇Ti3AlC2作為前驅(qū)體，采用兩種不同的方法制備了TiO2/C復(fù)合材料。同時(shí)，還探索了新的更加安全的Na2CO3為刻蝕劑制備了碳化物衍生碳材料。采用XRD、SEM、TEM等對(duì)所制備材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，采用充放電、循環(huán)伏安和交流阻抗等電化學(xué)手段對(duì)材料的電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能進(jìn)行了研究。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)以Ti3AlC2為原料，氫氟酸作刻蝕劑，合成Ti3C2材料，然后將其進(jìn)一步水熱制備出二維層狀結(jié)

3、構(gòu)的納米銳鈦礦TiO2/C復(fù)合材料。研究了氧化劑過(guò)硫酸銨的加入量和水熱溫度對(duì)制備的銳鈦礦TiO2/C復(fù)合材料的形貌、結(jié)構(gòu)與電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能的影響。當(dāng)Ti3C2與過(guò)硫酸銨的質(zhì)量比為1∶4、水熱溫度為180℃時(shí)，在充放電信率為0.1C時(shí)的首次可逆容量可達(dá)324mAh g-1，以0.2C倍率循環(huán)充放電過(guò)200次后容量保持在189mAh g-1，具有良好的循環(huán)性能。
　　(2)以Ti3AlC2為原料，將其與Na2CO3在高溫下反應(yīng)、再在酸性

4、環(huán)境下水解制備出納米金紅石TiO2/C復(fù)合材料。通過(guò)調(diào)節(jié)鹽酸濃度和水浴溫度，獲得一系列不同形貌的TiO2/C復(fù)合材料。研究表明，在3M的鹽酸中，100℃的水浴條件下所制備的TiO2/C復(fù)合材料具有較佳的電化學(xué)性能。在充放電倍率為0.1C時(shí)，材料的首次可逆比容量為253mAh g-1。具有良好的倍率性能，在充放電倍率為50C時(shí)比容量保持38mAh g-1。
　　(3)將Ti3AlC2與Na2CO3高溫共熱的產(chǎn)物溶解在HCl溶液中，再