【摘 要】
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锂离子电池和超级电容器作为当前成熟的电能储存和转换器件,因具有高能量密度、高功率密度、长循环寿命和安全性高等特点而受到了广泛的关注。目前的研究中,探索新的电极材料是提升锂离子电池和超级电容器性能的主要手段。相比于纯MXene材料,MXene基复合材料的合理构建,可以有效提升材料的电化学性能,同时在多种材料的协同作用下,能够充分激发材料的潜在储能性能,因此被认为是极具发展潜力的电极材料。本文以Nb2
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锂离子电池和超级电容器作为当前成熟的电能储存和转换器件,因具有高能量密度、高功率密度、长循环寿命和安全性高等特点而受到了广泛的关注。目前的研究中,探索新的电极材料是提升锂离子电池和超级电容器性能的主要手段。相比于纯MXene材料,MXene基复合材料的合理构建,可以有效提升材料的电化学性能,同时在多种材料的协同作用下,能够充分激发材料的潜在储能性能,因此被认为是极具发展潜力的电极材料。本文以Nb2CTx、Ti3C2Tx和V2CTxMXene为前驱体,通过合理的设计,构建出三种不同的MXene基复合材料,并分别对其储锂性能和超级电容性能进行了研究。本论文研究的主要内容包括:（1）采用LiF和HCl混合溶液作为蚀刻剂,制备了多层Nb2CTxMXene。并以Nb2CTx MXene为前驱体,采用连续两步氮化法制备了二维多孔Nb4N5@Nb2C异质结。相比于Nb2CTx MXene,二维多孔Nb4N5@Nb2C异质结展现出更加优异的长循环稳定性。在2 A g-1的电流密度下,循环800次后其比容量为109.2 m Ah g-1,高于Nb2CTx MXene(71.7 m Ah g-1)。其优异的储锂性能归因于其内部多孔结构提供了快速锂离子扩散路径,同时为缓解Nb4N5在充放电过程中的体积膨胀效应提供了充足的缓冲空间。（2）基于Ti3C2Tx片层优异的导电性及Nb2O5的赝电容特性,构建了Ti3C2Tx/Nb2O5柔性复合膜。这种无粘结剂柔性复合膜内阻大幅降低,同时内部存在有序排列的传输通道,大幅增加了电力/离子的传输效率。为充分发挥复合膜的赝电容特性,以2 M H3PO4溶液作为酸性电解液,对其超级电容性能进行测试。在2 m V s-1的扫描速率下,放电比电容达到了274.6 F g-1。同时在10 A g-1的大电流密度下进行10,000次长循环过程中,展现出优异的循环稳定性,其放电比电容持续缓慢增长,放电比容量达到了223.1 F g-1。（3）以Na离子插层V2C MXene为前驱体,在CO2中一步氧化制备了二维多级Na V6O15@VO2（M）@V2C复合材料。通过观察,复合材料呈现良好的层状结构,VO2（M）纳米片和Na V6O15纳米棒均匀分布在V2C MXene表面。同时相比于纯V2C MXene,在三种组分的协同作用下Na V6O15@VO2（M）@V2C复合材料展现出优异的储锂性能。在0.1Ag-1下,循环100次后其可逆放电容量达到408.1 m Ah g-1。同时在1 A g-1的大电流密度下循环300次后的比容量为213.4 mAh g-1。
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