Ti3C2Tx二维过渡金属碳化物复合材料的制备及应用

来源 :青岛科技大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:yangzexv001
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MXenes是一种新型二维过渡金属碳(或碳氮)化物,化学通式为Mn+1XnTx,其中M代表过渡金属元素,X代表C或CN元素,Tx代表表面官能团,n=1,2或3。Ti3C2Tx(MXene)作为MXenes材料中的一员,具有较大的表面积和优异的导电性,已在储能、气体吸附、传感器和导电填充剂等领域展现出巨大的潜力,现已成为继石墨烯之后的新的研究热点。但是,Ti3C2Tx本身电容容量偏低及其多层堆叠结构限制了其实际应用,因此对于Ti3C2Tx材料性能的改进还需要更为深入的研究。利用材料之间的协同效应,通过两种或两种以上材料的复合得到综合性能优异的复合材料是改善Ti3C2Tx材料性能的一种有效途径。本文以Ti3C2Tx二维层状材料为基体,通过二甲基亚砜超声处理在一定程度上扩大MXene片层之间的层间距,制备了MXene/MnO2和MXene/PANI二元复合材料,并在二元复合材料的基础上制备了MXene/CNTs/MnO2和MXene/PANI/CNTs三元复合材料,研究了各种复合材料的微观形貌及电化学性能。主要研究内容包括以下几个方面:(1)采用水热法在MXene片层表面沉积纳米二氧化锰颗粒制备了MXene/MnO2复合材料,研究了复合材料的比电容、倍率性能和循环稳定性能等电化学性能。结果表明:MXene材料与二氧化锰的复合解决了MXene材料电容量低的问题,但是对复合材料的倍率性能和循环稳定性没有较大改善。(2)通过冷冻干燥法制备了MXene/CNTs骨架材料,进一步通过水热法负载二氧化锰制备了MXene/CNTs/MnO2三元复合材料,研究了复合材料作为电极材料的电化学性能。MXene材料与二氧化锰和碳纳米管的复合不仅提高了材料的比电容,而且改善了MXene材料的倍率性能和循环稳定性。(3)在酸性条件下,采用原位聚合法在MXene片层表面逐步聚合苯胺单体制备了MXene/PANI复合材料,研究了复合材料作为电极材料的电化学性能。经过一系列电化学测试,MXene/PANI复合材料具有较高的比电容和优异的倍率性能和循环稳定性。(4)通过冷冻干燥法制备了MXene/CNTs二元骨架材料,然后在酸性条件下原位聚合苯胺单体制备了MXene/CNTs/PANI三元复合材料,研究了复合材料作为电极材料的电化学性能。碳纳米管的加入进一步改善了MXene材料的倍率性能和循环稳定性。
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