自从2011年Drexel大学的Gogotsi教授团队利用HF刻蚀Ti₃AlC₂成功得到Ti₃C₂T_x（T=-OH、-F、-O等）以来,这种新型的二维材料MXene便引起了人们广泛的关注。MXene具有近似金属的能带结构,因此具有优异的导电性能（导电率约为10⁵S/m）;MXene表面含有-OH、-F、-O等大量的亲水官能团,因此表现出良好的亲水性能;MXene材料密度较大（⁴.0 g/cm³）,因此具有较高的体积性能。正是由于具备这些优良的特性,MXene在电化学储能领域有着很好的应用前景,例如锂离子电池、微型超级电容器等。但是,MXene也存在自堆叠、质量比容量较低的问题,影响了其性能的发挥。针对上述问题,目前主要通过将MXene与其它材料复合来解决。复合的关键在于组分的选择和结构的设计,针对不同的应用体系会有不同的策略。MXene用作锂离子电池负极材料时,其体积性能较为出色,但是较低的质量比容量限制了它的进一步应用,因此人们通过引入过渡金属氧化物等高理论质量比容量的材料与之复合,但是,这种方法目前存在的主要问题是多数研究采取物理复合的手段,如机械混合等,复合效果不太理想,复合材料结构不均匀,为了克服这个缺点,我们采取了一种原位化学复合的方式,合成了Fe₂O₃@Ti₃C₂复合材料,一方面Fe₂O₃可以有效地阻止Ti₃C₂的自堆叠,使得Ti₃C₂能够充分发挥自己的优势,另一方面Ti₃C₂提供优异的导电性能,并且可以在一定程度上缓冲Fe₂O₃在脱嵌锂过程中的体积膨胀。MXene用作超级电容器,尤其是微型超级电容器电极材料时,其出色的体积性能发挥了重要作用,被广泛用于高面电容微型超级电容器电极材料的研究,但是自堆叠的问题影响了MXene性能的发挥,研究人员直接利用刻蚀后的MXene纳米颗粒作为电极材料,希望从根本上解决MXene片层自堆叠的问题,但是,这种方法目前存在的主要问题是MXene纳米颗粒致密的结构导致其与电解液之间的接触不充分,进而造成离子扩散通道受阻,而且表面缺陷使得MXene纳米颗粒之间的接触电阻较大,影响了电极材料的性能,为了克服这个缺点,我们利用大片层、缺陷很少的石墨烯包覆连接MXene纳米颗粒,一方面石墨烯可以提供优异的导电性能,构造三维多孔结构,为离子提供扩散通道,另一方面MXene可以贡献较大的面电容,并且在一定程度上阻止石墨烯片层的自堆叠。本论文的主要研究内容和结果如下:（1）MXene/三氧化二铁复合纳米材料制备及其在锂离子电池中的应用。选取具有较高理论质量比容量（1007 mAh/g）、价格便宜、储量丰富、无毒无害的三氧化二铁作为改性材料,通过原位化学合成、热退火的手段合成了Fe₂O₃@Ti₃C₂复合材料,研究了反应温度、反应时间、组分比例对于复合材料结构和物性的影响,并分析了其中的原因,比较了不同组分比例的复合材料用作锂离子电池负极时的电化学性能,并进一步分析了电极材料的电化学行为。材料中Fe₂O₃纳米颗粒均匀地分布在Ti₃C₂片层表面,从电化学性能来看,Fe₂O₃@Ti₃C₂复合材料充分发挥了这种复合结构的优势和两种材料各自的优点,在用作锂离子电池负极时表现出了优异的倍率性能和循环稳定性,Fe₂O₃@Ti₃C₂-2:3复合材料在1A/g的电流密度下循环1000圈后仍能保持较高的放电比容量——264.3mAh/g,同时,在大电流密度（4A/g）下也能具有较高的容量保持率——29.6%。（2）MXene/石墨烯复合纳米材料制备及其在微型超级电容器中的应用。刻蚀之后的MXene不经过剥离,直接与大片层、缺陷很少的石墨烯通过超声混合、真空抽滤的手段合成Gr-MXene复合膜,研究了复合膜材料的结构和物性特点,以及用于微型超级电容器时的电化学性能,并进一步测试了其弯折性能。材料中大片层、缺陷很少的石墨烯片层包覆连接着MXene纳米颗粒,从电化学性能来看,Gr-MXene复合膜充分发挥了这种复合结构的优势和两种材料各自的优点,在用作微型超级电容器时表现出了极好的循环稳定性和优异的弯折性能,Gr-MXene膜电极在1.0mA/cm²的大电流密度下循环10000圈后仍能保持较高的容量保持率——91.3%,Gr-MXene膜电极在弯折一定角度后,CV曲线和GCD曲线几乎保持不变。