锂金属理论比容量高达3860mAh/g,是一种非常有前景的负极材料。然而,锂金属电池的实际应用遭受不受控制的锂枝晶生长和死锂的形成,这导致低循环效率和严重的安全问题。本研究旨在设计一系列二维Ti₃C₂T_x MXene材料作为新型锂金属负极载体材料,来解决不可控的锂枝晶生长和死锂的形成,从而提高其循环寿命和库伦效率。研究工作主要包括以下两个方面:（1）通过用氢氟酸蚀刻碳化钛铝制备具有手风琴状形状的碳化钛（Ti₃C₂T_x）MXene材料。然后,在碱溶液中进一步水热处理后,获得具有低氟含量的多孔Ti₃C₂T_x MXene材料。研究表明,当少氟多孔Ti₃C₂T_x MXene材料用作锂金属负极载体材料时,其显示出大大改善的电化学性能。在1mA/cm²的电流密度和1mAh/cm²的充放电容量下,可以以97.3%的高库伦效率保持200个循环。此外,少氟多孔碳化钛的成核过电势和极化差都降低了。这表明造孔能够增大碳化钛的比表面积,从而降低有效局部电流密度,并最终抑制锂枝晶的生长。同时,造出的孔洞能够提供足够的空间让锂沉积。此外,取代氟基团的羟基具有良好的亲锂性,不仅能够提供成核位点,而且还能降低有效局部电流密度。羟基还能够诱导锂的初始成核和随后的生长,导致优先在碳化钛基底而不是随机外层上成核。（2）本研究采用氟化锂和低腐蚀浓盐酸溶液制备手风琴状碳化钛材料,通过进一步插层和超声波处理得到分层碳化钛。该材料用作锂金属电池的负极,表现出良好的电化学性能。在1mA/cm²的电流密度和1mAh/cm²的充放电容量下,其库伦效率能够保持150圈不下降。值得注意的是,分层碳化钛在电化学预处理后表现出优异的电化学性能,并且以95%的高库仑效率保持250个循环。这些可归因于分层能够增大碳化钛的比表面积,进而降低有效局部电流密度,最终抑制锂枝晶的生长。预处理在碳化钛表面形成一定的SEI膜,形成的SEI膜不仅可以固定碳化钛表面,而且还可以隔绝电解质与金属锂的接触,减少了电解质和金属锂的消耗。预处理还留下一部分金属锂,并且残留的金属锂充当用于限制体积变化的支撑结构。同时,残留的金属锂为锂生长提供了活性位点,并降低了有效局部电流密度和成核过电势。这有利于稳定的锂沉积和补充消耗的金属锂,从而延长锂金属电池的寿命。