论文部分内容阅读
便携式电子设备中储能器件的集成和小型化需要具有高面积比电容的柔性超级电容器。此外，超级电容器在实际应用过程中需要有较高的负载质量以实现更多能量存储。尽管MXene具有潜在的高比电容值，但大多数MXene及其复合材料电极的仍然处于“低”状态：低面积电容和/或低负载质量。这是因为工作过程中MXene的堆叠导致的离子迁移受到限制，或者引入MXene层间材料的理论容量有限。针对上述问题，本文以MXene材料中的代表Ti3C2为基体，研究制备了高负载质量、高面积电容的电极材料。利用表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)辅助V2O5嵌入Ti3C2，制备Ti3C2与V2O5的复合材料(CT-Ti3C2@V2O5)，和采用一步水热法制备带状Na2Ti3O7修饰Ti3C2的复合材料(Ti3C2@Na2Ti3O7，后文以a-Ti3C2-150表示)。研究内容如下：
(1)CTAB辅助V2O5插入Ti3C2层间制备复合材料。采用HCl和LiF刻蚀前驱体Ti3AlC2，得到Ti3C2。利用阳离子表面活性剂CTAB静电吸附特性，将VO3-引入Ti3C2层间，退火后得到CT-Ti3C2@V2O5复合材料。采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、X射线光电子谱分析表征了CT-Ti3C2@V2O5的形貌和结构，说明成功将V2O5引入Ti3C2层间。CT-Ti3C2@V2O5复合材料电极在电流密度为3mAcm-2时实现2065mFcm-2的高面积电容，具有出色的活性材料负载质量(15 mg cm-2)和良好的循环稳定性(6000次循环后电容保持率约为93%)。CT-Ti3C2@V2O5组装的柔性全固态超级电容器在1mVs-1时可提供477mFcm-2的面积比电容，并在不同的弯曲状态下表现出良好的性能。
(2)一步水热法制备带状Na2Ti3O7修饰Ti3C2的复合材料。采用HF刻蚀前驱体Ti3AlC2，得到Ti3C2。采用水热法将Ti3C2在NaOH溶液中反应，制备Na2Ti3O7纳米带修饰的Ti3C2基复合材料。采用扫描电镜、X射线衍射、X射线光电子谱分析表征了a-Ti3C2-150复合材料的结构和形貌，说明在Ti3C2上原位生成Na2Ti3O7。a-Ti3C2-150电极在电流密度为1mAcm-2时，其面积比电容可达到1010.2mFcm-2，具有出色的活性材料负载质量(15 mg cm-2)和优异的循环稳定性(8000次循环后电容保持率约为95%)。
本论文制备了CT-Ti3C2@V2O5和a-Ti3C2-150两种材料，通过构筑分层结构，提高了材料的电化学性能。这种策略能够扩展到其他用于柔性高性能超级电容器电极的MXene基复合材料中。
(1)CTAB辅助V2O5插入Ti3C2层间制备复合材料。采用HCl和LiF刻蚀前驱体Ti3AlC2，得到Ti3C2。利用阳离子表面活性剂CTAB静电吸附特性，将VO3-引入Ti3C2层间，退火后得到CT-Ti3C2@V2O5复合材料。采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、X射线光电子谱分析表征了CT-Ti3C2@V2O5的形貌和结构，说明成功将V2O5引入Ti3C2层间。CT-Ti3C2@V2O5复合材料电极在电流密度为3mAcm-2时实现2065mFcm-2的高面积电容，具有出色的活性材料负载质量(15 mg cm-2)和良好的循环稳定性(6000次循环后电容保持率约为93%)。CT-Ti3C2@V2O5组装的柔性全固态超级电容器在1mVs-1时可提供477mFcm-2的面积比电容，并在不同的弯曲状态下表现出良好的性能。
(2)一步水热法制备带状Na2Ti3O7修饰Ti3C2的复合材料。采用HF刻蚀前驱体Ti3AlC2，得到Ti3C2。采用水热法将Ti3C2在NaOH溶液中反应，制备Na2Ti3O7纳米带修饰的Ti3C2基复合材料。采用扫描电镜、X射线衍射、X射线光电子谱分析表征了a-Ti3C2-150复合材料的结构和形貌，说明在Ti3C2上原位生成Na2Ti3O7。a-Ti3C2-150电极在电流密度为1mAcm-2时，其面积比电容可达到1010.2mFcm-2，具有出色的活性材料负载质量(15 mg cm-2)和优异的循环稳定性(8000次循环后电容保持率约为95%)。
本论文制备了CT-Ti3C2@V2O5和a-Ti3C2-150两种材料，通过构筑分层结构，提高了材料的电化学性能。这种策略能够扩展到其他用于柔性高性能超级电容器电极的MXene基复合材料中。