随着人类对新兴清洁能源的迫切需求,铝电池受到全球研究人员的青睐。但是,室温有机离子液体铝电池存在的一些关键性问题制约了其进一步发展。正极材料的选取对[AlCl4]-(或Al3+)与其之间的静电效应至关重要,密切影响了铝电池的电化学性能。因此,正极材料的研究是改善铝电池电化学性能的重要方向之一。目前庞大的MXenes家族有多达60种不同的材料体系,其具备碳类材料和过渡金属化合物的双重特性,并且在不同电化学储能装置中展现了优异的电化学性能。因此,新兴的二维晶体材料MXenes有望实现铝电池的高能量密度和长循环稳定性。采用热处理的方法制备了二维层状复合材料D-Ti3C2Tx@S@TiO2。材料表面的Ti-S键对MXenes的层状结构起到了支撑作用,防止了其结构的坍塌,TiO2纳米颗粒在材料表面原位生长,提高了MXenes在铝电池中的稳定性,其在铝电池中的储能机理为[AlCl4]-的嵌入/脱出反应。D-Ti3C2Tx@S@TiO2在铝电池中表现出优异的电化学性能,在电流密度为100 mA g-1的条件下,铝电池循环120圈后,放电比容量为151 mAh g-1,容量保持率为72.3%。为了进一步提高MXenes在铝电池中的容量,采用高温蒸镀法制备了MXenes@Te复合材料。研究发现,机械剥离对于MXenes@Te复合材料的制备至关重要,剥离后的MXenes材料可以负载更多的Te,高比容量的Te单质提高了其在铝电池中的容量。循环150圈后,铝电池的放电比容量为258 mAh g-1,容量保持率约为70.0%。此外,研究了Te的价态变化行为。当铝电池充电到2.4V时,单质Te被氧化为高价态(Te4+),放电过程中,高价态的Te离子(Te4+)又重新被还原为单质Te,当铝电池的放电电压低于0.6 V时,Te被还原为更低的价态(Te2-)。借助静电吸附作用,以Ag+对MXenes材料进行了修饰,制备了复合材料MXenes@Ag。此方法不仅简化了MXenes材料的收集,还修饰了其表面的官能团。进一步地,研究了MXenes@Ag在铝电池中的电化学性能和储能机理。MXenes@Ag在铝电池中展现了稳定的电化学性能,循环2000圈后,放电比容量约为150 mAh g-1。MXenes@Ag在铝电池中的储能机理主要是[AlCl4]-的嵌入/脱出反应,并伴随着少量Al3+的嵌入/脱出反应。借鉴铝电池的储能机理,在室温路易斯酸中首次实现了无氟、无水电化学制备MXenes。这为MXenes材料的绿色制备开辟了新的途径。进一步地,研究了电化学刻蚀后V2AlC(E-V2AlC)在铝电池中的电化学性能,一站式的制备和应用工艺防止了 MXenes接触空气中的水和氧气,并且在铝电池中制备的MXenes更适合Al3+的脱出/嵌入,实现了Al3+在MXenes层间的脱出/嵌入反应。刻蚀后V2AlC在铝电池中展现了优异的电化性能,在电流密度为0.5Ag-1条件下,循环6500圈后放电比容量仍然保持100 mAhg-1。另外,研究了 E-V2AlC在铝电池中的储能机理和法拉第储能方式,并以恒电流间歇滴定技术(GITT)研究了Al3+的的扩散系数,从动力学角度阐明了其电化学性能优异的原因。