【摘 要】
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能源是社会发展的重要部分,钠离子电池（Sodium ions battery,SIB）是最具潜力的储能器件之一。新型二维材料MXene因其优异的电子电导率,稳定的结构,可调节层间距以及丰富的表面官能团,是SIB负极重要的候选材料之一。但是,MXene层间堆叠严重,同时表面终止基团也会造成较大的容量损失,导致其本身表现出较差的容量性能。本文拟通过对MXene进行表面结构化处理提升Mxene的Na+存
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能源是社会发展的重要部分,钠离子电池（Sodium ions battery,SIB）是最具潜力的储能器件之一。新型二维材料MXene因其优异的电子电导率,稳定的结构,可调节层间距以及丰富的表面官能团,是SIB负极重要的候选材料之一。但是,MXene层间堆叠严重,同时表面终止基团也会造成较大的容量损失,导致其本身表现出较差的容量性能。本文拟通过对MXene进行表面结构化处理提升Mxene的Na+存储特性,主要研究内容如下:（1）以Ti3C2Tx MXene为基体,在Ti3C2Tx表面生长NaTiO2（NTO）的纳米管。通过搅拌时间调控NTO/Ti3C2Tx的含量比。研究表明,搅拌时长为40 h的NTO/Ti3C2Tx电化学性能表现最优。在100 mA g-1的电流密度下,经过800圈循环后依然有130.2 mAh g-1的可逆容量。NTO/Ti3C2Tx电极中NTO纳米管起到支撑结构的作用,同时其可以提供额外的存储容量。此外,Ti3C2Tx基体材料也保证了 NTO/Ti3C2Tx复合结构的高电导率和结构稳定。进一步研究表明,NTO纳米管与Ti3C2Tx的异质结构能够增加Na+的电子转移和扩散,协同提高了 Na+的存储特性。（2）通过对MXene进行热处理制备出TiO2/Ti3C2Tx复合结构,然后将TiO2/Ti3C2Tx加入到8%HF酸溶液中,刻蚀去除表面的TiO2后制备出多孔Ti3C2Tx（P-Ti3C2Tx）。结果表明,当电流密度为100 mA g-1时,经过150个循环后,P-Ti3C2Tx表现出140 mAh g-1的高可逆容量,而Ti3C2Tx仅有99.4 mAh g-1。此外,P-Ti3C2Tx具有优异的倍率能力,在5 A g-1时的容量为39.4 mAh g-1,而Ti3C2Tx的容量只有9mAh g-1。这是由于Ti3C2Tx表面形成了孔隙缺陷,具有更多的活性位点,同时多孔结构缩短了Na+的输运和扩散,增加了电极和电解质之间的接触。因此,P-Ti3C2Tx表现出较高的导电性、结构稳定性、更好的钠存储性能和优良的动力学性能。（3）利用LiF+HCl复合酸溶液,通过超声刻蚀Ti3AlC2,得到少层Ti3C2Tx纳米片并将之进行热处理,制备出少层TiO2/Ti3C2Tx纳米片。随后与GO复合并在氩气环境下还原,制备出rGO-TiO2/Ti3C2Tx的三明治结构。结果表明,相比于Ti3C2Tx和TiO2/Ti3C2Tx,rGO-TiO2/Ti3C2Tx具有更大的比表面积,优异的电化学反应动力学,更高的电导率和更多的Na+吸附位点。作为SIB的阳极,rGO-TiO2/Ti3C2Tx在100 mA g-1的电流密度下,经过100圈循环后能保持173.9 mAh g-1的高比容量,相较于Ti3C2Tx（92.8 mAh g-1）,有了极大的提升。同时rGO-TiO2/Ti3C2Tx具有高稳定性和优异的倍率性能,在5 A g-1的高电流密度下依然能保持37 mAh g-1的高容量。
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