MXene(Ti3C2Tx)基电化学驱动行为研究

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Ti3C2Tx(MXenes),是一种具有高电子电导率、柔性、高能量密度、优异的倍率性能和高机械强度的二维层状材料。在电化学反应过程中,H+、Na+、Li+、Mg2+等离子可在Ti3C2Tx层间嵌入脱出使其体积发生膨胀或收缩。因此,Ti3C2Tx是应用于电化学驱动器领域的理想材料。但目前关于MXenes材料在电化学驱动器领域的研究仍处于起步阶段。本论文首先对Ti3C2Tx在电化学驱动器领域的应用进行了一个初步探索,研究发现适当的延长Ti3C2Tx刻蚀时间,能够增加Ti3C2Tx的层间距,并在表面形成孔洞结构,这有利于缩短离子的扩散距离,提高离子的扩散效率。实验结果表明处理后的Ti3C2Tx电化学驱动性能得到了明显的改善,我们同时发现Ti3C2Tx在中性电解液和碱性电解液中驱动性能与水合阳离子半径有关,水合阳离子半径越大,驱动性能越高。之后,我们对Ti3C2Tx驱动器在酸性电解液中的电化学驱动行为进行探究,相比于其他电解液,Ti3C2Tx在酸性电解液中具有更加优异的驱动性能。为了实现驱动器在实际生活中的应用,我们设计了一种可在空气中工作的Ti3C2Tx驱动装置,对其电化学性能、驱动性能和驱动原理进行了探究,并且该驱动装置具有实际应用前景。最后,我们制备了一个具有协同作用的Ti3C2Tx/PPy双层膜电化学驱动器。经过研究发现,Ti3C2Tx层有效地提高了Ti3C2Tx/PPy双层膜的电子电导率,并起着电流收集层、同变形和导电添加剂的作用。同时,Ti3C2Tx层有效地加速了PPy层的氧化还原反应速率,提高了驱动性能,合理的电极结构设计为MXene材料在更多电解液中的应用提供了可能性,并为实现更高的驱动性能提供了新的思路。本论文针对Ti3C2Tx在电化学驱动器领域的应用开展了系统研究,探究了Ti3C2Tx驱动器在不同体系下的电化学性能、驱动性能和驱动机理,为MXenes材料在电化学驱动器领域的进一步发展提供了一定的借鉴意义。
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