【摘 要】
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MXene是一类新兴的过渡金属碳氮化物二维材料,同时兼备了表面亲水性、金属导电性和良好的电化学性能等特性,有望应用于超级电容器的电极材料。多层MXene的电化学性能远不如单层MXene,并且MXene片层的易氧化降解和自堆叠的特点会导致MXene电化学性能降低。本论文针对MXene及MXene/Fe2O3的制备、稳定性及电化学性能进行展开工作,具体研究内容及结论如下:对比手摇震荡法、探头超声法和分
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MXene是一类新兴的过渡金属碳氮化物二维材料,同时兼备了表面亲水性、金属导电性和良好的电化学性能等特性,有望应用于超级电容器的电极材料。多层MXene的电化学性能远不如单层MXene,并且MXene片层的易氧化降解和自堆叠的特点会导致MXene电化学性能降低。本论文针对MXene及MXene/Fe2O3的制备、稳定性及电化学性能进行展开工作,具体研究内容及结论如下:对比手摇震荡法、探头超声法和分次探头超声法三种分层工艺对制备MXene薄膜性能的影响。结果表明探头超声法制备的胶体溶液浓度最高,薄膜具有较高的电导率和较小的密度（1006 S/cm,2.32 g/cm3）。此外,该薄膜的电化学性能也是最优,比电容最高且电压降最小（134.5 F/g,0.015 V）,并且电容保持率较好。因此选择探头超声法作为后续实验中单层MXene的制备工艺。将抗坏血酸钠添加至Ti3C2Tx胶体溶液中以提高Ti3C2Tx的稳定性,并与纯Ti3C2Tx胶体溶液进行对比。存放15天后将两种分散液经真空辅助抽滤制备薄膜,添加抗坏血酸钠的Ti3C2Tx薄膜其电导率和质量比电容仍能分别保持为原来的82.3%和83.8%;而纯Ti3C2Tx薄膜的电导率和质量比电容分别下降至初始的44%和66.4%。结果表明抗坏血酸钠的加入提高Ti3C2Tx的稳定性。并通过调整抗坏血酸钠的浓度,确定当抗坏血酸钠的浓度为1 mg/ml时,对提高Ti3C2Tx稳定性的效果最佳。经表面改性后的Fe2O3纳米片可与MXene（Ti3C2Tx）良好复合制备得到自支撑薄膜。Fe2O3纳米片能够提供赝电容,同时增加了电极的比表面积,整个电极的比电容提高。MXene/Fe2O3质量比为3:1的复合薄膜的比电容较纯MXene薄膜提高了 45.6%。MXene/Fe2O3质量比为3:1、5:1、7:1的复合膜的比电容分别为119.96F/g、107.82F/g和103.95 F/g。综合来看,Fe2O3纳米片在薄膜中质量占比越大,比电容就越大,且薄膜电容保持率良好。
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