二维材料因具有纳米级厚度所带来独特的物理化学性质引起了科研工作者极大的研究兴趣。过渡金属碳化物/氮化物/碳氮化物(MXene)作为一种新兴的二维材料,因具有高导电性和电化学活性等特点被广泛应用于储能、催化等领域。异质原子掺杂可以调节材料的电子结构特性,是改善材料性能的有效策略之一。尽管已有报道实现了将氮掺入到MXene晶格中,但这些方法容易造成块体MXene难以剥离、MXene纳米片絮凝及氧化等问题,一定程度上限制了 MXene性能的提高。分散的二维纳米片胶体溶液对于二维材料在液相技术应用中具有重要意义,因此亟需发展一种有效掺杂MXene晶格的同时可形成胶体溶液的新策略。在我们的工作中,通过精细调节退火温度以及控制材料表面化学特性,实现了氮掺杂MXene纳米片胶体溶液的制备,避免了传统方法块体MXene难以剥离、单层MXene不可逆重新堆积以及氧化等问题,得到的胶体溶液具有良好分散性和稳定性。通过一系列表征和电化学测试对其结构和性能进行了深入研究分析,具体内容如下:(1)氮掺杂Ti3C2纳米片胶体溶液的制备使用HCl+NH4F为刻蚀液,对原料Ti3AlC2中的Al层进行刻蚀得到多层Ti3C2,刻蚀的同时NH4+自发嵌入Ti3C2层间;随后在惰性气体下退火,NH4+与表面OH-结合转化为NH3并将氮原子原位掺入到Ti3C2晶格中。通过精细调节退火温度控制其对材料表面化学特性的影响,实现氮掺入Ti3C2晶格的同时保持了材料表面的亲水特性,有利于进一步离子插层、剥离从而得到氮掺杂Ti3C2纳米片的水胶体溶液。本文提出了一种有效地制备氮掺杂MXene胶体策略,为氮掺杂MXene在液相工程中的应用提供了方便,对于开发具有高度可控性和重复性的多种器件结构具有重要意义。(2)氮掺杂Ti3C2纳米片胶体溶液的表征得益于材料表面亲水基团的保留,得到的胶体溶液具有良好的分散性和稳定性更有利于胶体溶液的保存。紫外吸收光谱显示氮掺杂Ti3C2胶体溶液的紫外吸收相对于Ti3C2胶体溶液出现明显的红移,从而氮掺杂Ti3C2胶体溶液呈现出与Ti3C2胶体溶液不同的灰黑色。使用原子力显微镜确定了胶体溶液中氮掺杂Ti3C2纳米片为单层或双层的厚度。通过态密度计算以及X射线光电子谱的表征,氮掺杂后的Ti3C2电子态浓度明显增加并形成了具有电化学活性的吡咯氮等新的含氮结构,这赋予氮掺杂Ti3C2更高的导电性以及更多的反应活性位点,为其在电化学应用中创造了条件。(3)氮掺杂Ti3C2纳米片电化学性能测试及应用在酸性电解质中测试了氮掺杂Ti3C2的电化学性能。基于氮掺杂提高材料面内电导率和新出现的氧化还原活性位点的协同效应,氮掺杂Ti3C2滴涂在碳布上制备成的电极具有高比容量(586 Fg-1)和优异倍率性能,即使采用真空抽滤法将其制备成薄膜电极后仍保持优异的电化学性能。为解决对称电容器工作电压区间小、能量密度低的问题,与聚吡咯/还原氧化石墨烯构筑了柔性非对称超级电容器,其具有1.4 V的工作电压区间,最高能量密度达到32 Whkg-1而保持821 W kg-1的功率密度。该器件可有效地为电子设备提供能量,即使在弯曲条件下仍保持其良好性能,所获得的氮掺杂MXene胶体溶液展现了良好应用前景,为MXene的多功能应用奠定了基础。