Ti3C2MXene基复合材料的制备及光电性能研究

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超级电容器是促进开发可再生能源的关键技术,电极材料作为超级电容器的核心,开发优越性能的电极材料就成了重中之重。Ti3C2-MXene具有类石墨烯材料2D层状结构,类金属导电性、丰富的官能团、制备简单等优点,但是由于单纯的Ti3C2-MXene材料层间易聚合堆叠,材料比电容并不如理想中高。Ni Co-LDH材料具有较高的比电容,Ni Co-LDH材料导电性差、结构不稳定等缺点,严重影响了它的倍率性能和循环稳定性。因此,本文研究制备了Ni Co-LDH/Ti3C2Tx复合电极,探究其电化学性能。主要内容如下:(1)通过温和安全的HCl/Li F对Ti3Al C2前驱体进行刻蚀,得到黑色黏土状沉淀进行超声剥离得到Ti3C2Tx材料。XPS能谱表明材料中存在Ti、C、O、F等元素,XRD中几个特征衍射峰的位置表明成功刻蚀掉Al层,确认获得的材料是Ti3C2Tx,拉曼光谱中的特征振动峰进一步表明成功制备Ti3C2Tx材料。其CV曲线有明显的氧化还原峰,因此材料的电容主要来自于氧化还原机制下的赝电容,这归因于Ti3C2Tx表面的含氧官能团。在0.5 A g-1电流密度下,Ti3C2Tx的质量比电容仅有28.89 F g-1,在0.5 A g-1电流密度下进行3000次循环充放电测试后,比电容保持度仍为80.57%。(2)通过ZIF-67模板制备了NiCo-LDH材料,通过SEM和TEM中形貌表明Ni Co-LDH材料是空心纳米结构。XRD中特征衍射峰的位置与Ni Co-LDH材料对应。合成Ti3C2Tx负载量不同(3mg-20mg)的七种配比的Ni Co-LDH/Ti3C2Tx复合材料。随着Ti3C2Tx负载量的增加,Ni Co-LDH/Ti3C2Tx复合材料的比电容从897.5 F g-1增加至最高1342.5 F g-1再减小至597.5 F g-1。实验得到最佳条件是Ti3C2Tx添加量为5 mg的5Ni Co-LDH/Ti3C2Tx复合材料。(3)添加量为5 mg的5NiCo-LDH/Ti3C2Tx复合材料性能最优,测试结果表明其质量比电容在1 A g-1电流密度时为1342.5 F g-1。这是因为一方面Ti3C2Tx加入增加复合材料的导电性并增加电活性位点,另一方面Ni Co-LDH材料可以嵌入Ti3C2Tx片层之间,这样也抑制了Ti3C2Tx片层之间的堆叠,有利于离子嵌入嵌出。实现两者的协同,提高了复合材料比电容。当上升至10 A g-1电流密度,比电容仍有原始的55.87%,在20 A g-1电流密度下进行5000次循环充放电测试后,比电容保持度仍为82%,证明了材料良好的循环寿命。图28幅,表2个,参考文献93篇。
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