基于MXene复合材料的制备及其电化学行为研究

2024-07-02 20:47| 来源: 网络整理| 查看: 265

MXene是类石墨烯二维层状材料，具有良好的导电性、丰富的表面官能团和优异的亲水性等优点。但其在二维方向会出现片层自堆积现象，阻碍了其进一步的发展。本文通过对MXene刻蚀条件、表面改性及材料复合进行探究，从而开发具有优异电化学性能的MXene基复合材料。具体研究内容如下：　　（1）选择Ti3AlC2MAX材料作为研究对象，探究了刻蚀时间、插层剂以及插层时间对制备MXene材料的影响。研究结果表明：当使用HF作为刻蚀剂时，合适的刻蚀时间有助于制备出表面光滑的手风琴状Ti3C2材料。通过进一步使用TMAOH作为插层剂，获得层间距均匀、单层片状的MXene材料。同时，刻蚀后的MXene材料电化学性能增强。其储锂比容量由未刻蚀的30.7mAhg-1增加至242.2mAhg-1。　　（2）为了进一步提高MXene电化学性能，通过静电作用，将荷负电的MXene与荷正电的三聚氰胺结合，经后续高温处理，得到改性的m-MXene材料。并研究了不同的三聚氰胺添加量、不同煅烧温度及不同煅烧时间对m-MXene材料的影响。其中，三聚氰胺添加量为5:1，煅烧温度为550℃，煅烧时间为4h时，制备m-MXene材料的储锂性能最佳。在电流密度为0.1Ag-1时首次可逆比容量为411.5mAhg-1，经过100周循环后的其可逆比容量可达到292.9mAhg-1，容量保持率为71.2%。　　（3）采用溶剂热法成功制备了LFP/MXene/C复合材料，并针对MXene含量、碳化温度、碳化时间进行了系统的探究。测试结果表明，MXene含量为7%，碳化温度为700℃、碳化时间为6h时，LFP/MXene/C具有更加优异的倍率性能及电极过程动力学特征，其在0.1C的电流密度下首次可逆比容量为151.5mAhg-1，首次库伦效率为97.6%，优于其他碳化温度下的材料的可逆比容量。在0.2C、0.5C、1C以及5C的倍率下其平均可逆容量分别为143.2、130.2、117.8和107.2mAhg-1，当电流密度恢复到0.1C时，其可逆比容量仍可达到148.5mAhg-1，容量恢复至最初的98.0%。对其进行低温（-20℃）性能测试，结果表明，在0.1C、0.2C、0.5C以及1C的电流密度下，其首次放电比容量分别可达到86.4、72.1、60.4和52.5mAhg-1，低温性能良好。

MXene;二维材料;复合材料;磷酸铁锂;低温性能;电化学行为

郑州轻工业大学

硕士

化学工程与技术

张林森;王利霞

2022

中文

TB332

2022-08-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

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