贗電容材料-Ti3C2Tx復(fù)合材料的制備及其電化學性能研究.pdf

1、近年來兼具傳統(tǒng)電容器與二次電池優(yōu)點的超級電容器(supercapacitor)得到了快速的發(fā)展，在電動汽車、電子通訊等行業(yè)具有潛在的應(yīng)用價值。對于超級電容器，電極材料是決定其性能的主要因素，包括碳基材料（比如石墨烯、碳納米管）、過渡金屬氧化物（MnO2、TiO2）和導(dǎo)電聚合物（PANI、Ppy）。為滿足對高性能超級電容器日益增長的需求，各種復(fù)合材料的制備已經(jīng)得到廣泛研究。本文利用類石墨烯結(jié)構(gòu)的二維層狀Ti3C2Tx大的比表面積和好的導(dǎo)電

2、性的特點分別與高比電容的贗電容材料MoO3、TiO2以及PANI復(fù)合，以制備電極材料。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以鉬酸銨和制備好的Ti3C2Tx粉體為原料，采用沉淀燒結(jié)的方法制備了MoO3/Ti3C2Tx復(fù)合材料，并在此基礎(chǔ)上制備了不同MoO3含量的MoO3/Ti3C2Tx復(fù)合材料，研究了MoO3含量對MoO3/Ti3C2Tx復(fù)合材料電化學性能的影響。根據(jù)X射線衍射（XRD）、掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）的測試結(jié)果可知

3、，尺寸約為40-70nm的MoO3納米顆粒均勻的分布于二維層狀Ti3C2Tx的表面、邊緣及層間，且二維層狀Ti3C2Tx的層間距增加，為電解液中離子附著提供更多地活性位點。N2吸附脫附的結(jié)果顯示， MoO3納米顆粒的負載較大的增加了電極材料的比表面積。從電化學性能測試結(jié)果可知，以2 mV·s-1的掃描速率在1M KOH中進行循環(huán)伏安測試，根據(jù)公式計算結(jié)果得MoO3/Ti3C2Tx復(fù)合材料的最大比容量為150.7 F·g-1，經(jīng)過8000

4、次循環(huán)后，容量保有率為93.7％。⑵利用Ti3C2Tx粉體易氧化的特點，通過加入的鉬酸銨在酸性條件下水解，采用水熱法制備MoO3/TiO2/Ti3C2Tx復(fù)合材料。二維層狀Ti3C2Tx表面有活性Ti原子與O、F、OH離子相連接，水解后的Mo(OH)x取代Ti3C2Tx表面離子與Ti原子相結(jié)合，在水熱條件下，邊緣Ti原子與Mo(OH)x分別氧化為TiO2納米顆粒與MoO3納米顆粒。根據(jù)物相分析以及顯微結(jié)構(gòu)的測試結(jié)果可知，較大的銳鈦礦型T

5、iO2納米顆粒分布于層狀Ti3C2Tx的表面及邊緣，較小的MoO3納米顆粒（20 nm）分布于層間。從電化學性能測試結(jié)果可知， 以1M KOH溶液為電解液，在2 mV·s-1的掃描速率下進行循環(huán)伏安測試，計算結(jié)果得MoO3/TiO2/Ti3C2Tx復(fù)合材料的最大比容量為142 F·g-1，經(jīng)過8000次充放電循環(huán)后，比容量保有率為91%。⑶采用原位氧化的方法制備TiO2/Ti3C2Tx復(fù)合材料，通過調(diào)節(jié)溶液酸堿度、水熱溫度與時

6、間，控制氧化生成的TiO2納米顆粒的尺寸與晶型。再采用原位聚合的方法將聚苯胺負載與TiO2/Ti3C2Tx復(fù)合材料相結(jié)合，得到多級結(jié)構(gòu)的PANI@TiO2/Ti3C2Tx三元復(fù)合材料。根據(jù)XRD、SEM與TEM測試結(jié)果可知，本實驗所生成的TiO2納米顆粒為銳鈦礦型，分布于邊緣位置。而通過HCl摻雜的PANI納米片垂直生長于層狀Ti3C2Tx的表面、邊緣及層間，且由于它的取向生長，PANI納米片的尺寸可達到幾十納米，減弱了層間距的限制。根