【摘 要】
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MXenes是当今材料科学时代迅速崛起的二维材料,其中Ti3C2Tx作为研究最为广泛的MXenes材料,由于其优异的体积电容、类金属导电性、可调节的表面官能团和二维结构优势,是制备超级电容器最合适的电极材料之一。然而,与其他二维材料一样,Ti3C2Tx不可避免地会发生纳米片堆叠和团聚的问题,从而减少整体活性表面位点并阻碍电解质离子的传输,影响其实际的容量性能。针对上述问题,本文将Ti3C2Tx与过
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MXenes是当今材料科学时代迅速崛起的二维材料,其中Ti3C2Tx作为研究最为广泛的MXenes材料,由于其优异的体积电容、类金属导电性、可调节的表面官能团和二维结构优势,是制备超级电容器最合适的电极材料之一。然而,与其他二维材料一样,Ti3C2Tx不可避免地会发生纳米片堆叠和团聚的问题,从而减少整体活性表面位点并阻碍电解质离子的传输,影响其实际的容量性能。针对上述问题,本文将Ti3C2Tx与过渡金属氧化物以及硫化物进行复合,通过设计复合材料的结构来提升其电化学性能,并对其结构形貌以及容量、循环稳定性等电化学性能进行研究分析。主要研究结论如下:（1）通过一种共沉淀结合煅烧的方法,将Zn Co2O4多孔纳米片生长在少层的Ti3C2Tx纳米片上得到Zn Co2O4/Ti3C2Tx复合电极材料。测试结果表明,煅烧温度为350℃的Zn Co2O4/Ti3C2Tx复合材料在所制备的电极材料中表现出最优的电化学性能(1 A g-1可以达到195.8 C g-1的比容量)。此外,组装的混合型超级电容器Zn Co2O4/Ti3C2Tx|AC（活性炭）可以获得15.6 Wh kg-1的能量密度,并且有着良好的循环稳定性。Zn Co2O4/Ti3C2Tx复合电极材料性能的提升可归因于垂直排列的Zn Co2O4多孔纳米片可以提供丰富的活性位点并且有效抑制Ti3C2Tx纳米片的自堆积,缓冲电化学过程中的体积变化,使Zn Co2O4纳米片具有更好的稳定性;同时Ti3C2Tx纳米片作为二维导电基体可以加速电化学反应中电子的转移,缩短电解质离子扩散的通道。（2）采用一种油浴结合高温原位硫化的方法制备Ni S2/Ti3C2Tx复合材料。通过XRD、XPS、TEM等测试对Ni S2/Ti3C2Tx复合材料的结构形貌进行表征,结果表明,Ni S2与Ti3C2Tx之间有着较强的相互作用,并且Ni S2纳米片均匀的锚定在剥离的少层Ti3C2Tx片层表面。制备的混合型超级电容器Ni S2/Ti3C2Tx||AC的能量密度可以达到34.53 Wh kg-1,远高于Ni S2|AC的能量密度(26.14 Wh kg-1),并且经过长循环测试之后的容量保持率为85.21%。Ni S2/Ti3C2Tx复合材料可以发挥Ti3C2Tx高导电性和Ni S2纳米片理论容量大及热力学稳定性好的协同优势,是一种性能优越的超级电容器电极材料。（3）通过共沉淀法结合水热硫化的方法,合成在二维片层结构的Ti3C2Tx表面均匀生长Ni Co2S4纳米颗粒的Ni Co2S4/Ti3C2Tx复合材料。与AC电极组成混合型电容器之后,Ni Co2S4/Ti3C2Tx|AC可以达到35.52 Wh kg-1的能量密度,远高于Ni Co2S4|AC的能量密度(20.29 Wh kg-1),并有着良好的循环稳定性。采用Ti3C2Tx作为柔性导电基体,可以有效抑制Ni Co2S4颗粒的自组装效应并且提高了复合材料的导电性与电化学稳定性;同时Ni Co2S4颗粒也可以有效抑制Ti3C2Tx纳米片的自堆叠缺陷,提升复合材料的容量性能。
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