MXene/PANI复合材料的制备及其超电性能研究

本研究以MAXene(Ti_3AlC_2)刻蚀和剥离得到的MXene(Ti_3C_2)为基底,在酸性条件下将苯胺单体负载到MXene上制备MXene/PANI复合材料。利用场发射扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对材料进行表征,在1 M H_2SO_4电解液中,对合成的复合材料进行电化学性能测试。结果表明,该种方法可成功制备MXene/PANI复合材料,在电流密度为0.5 A·g~(-1)时,复合材料比电容达到256.6 F·g~(-1),优异的电化学性能使得该材料可作为一种理想的超级电容器电极材料。     

二维MXene材料——Ti_3C_2T_x在钠离子电池中的研究进展

作为第一个被制备出来的MXene材料,Ti_3C_2T_x独特的二维层状结构使其具有良好的电学、光学、力学与热电等性质,在电化学储能领域展现出巨大的潜力。由于钠储量在地球中较为丰富且远高于锂储量,因此钠离子电池具有成本低等优点,成为近几年储能领域的研究热点。主要围绕Ti_3C_2T_x的特性,介绍了其通过插层、造孔等改性方法以及与单质、金属氧化物、金属硫化物结合构成复合材料作为钠离子电池电极材料的研究进展。最后指出应采取基于钠离子脱嵌或反应的更有针对性的优化方法提升总体的电化学性能。     

SnS@Ti_3C_2复合材料的制备及其储锂性能研究

MXene是一类新型二维过渡金属碳化物晶体,该类材料具有一些优异的性质,如高的电导率、低的锂离子扩散能垒、独特的金属离子吸附特性等等,但是,作为锂离子电极材料时,MXene材料容量较低,限制了它在锂离子电池领域的进一步应用。本文以Ti_3C_2(最具代表性的一种MXene材料)为基体材料,通过液相插层、水热合成以及高温热处理,成功制备出二维SnS@Ti_3C_2复合材料。研究发现,当Ti_3C_2:L-半胱氨酸的质量比为1:3时(L-半胱氨酸:Na2Sn O3·4H2O=1:4),合成出来的Sn S@Ti_3C_2在0.1 A×g~(-1)的电流密度下循环50次之后,容量达到735.8 m Ah×g~(-1),且保持稳定;在3 A×g~(-1)的电流密度下,其容量能达到525.4 m Ah g~(-1);而当电流恢复到0.1 A×g~(-1)时,其容量能恢复到689.2 m Ah×g~(-1),展现出了优异的倍率性能。     

Li4Ti5O12/Fe3O4复合材料的制备及其电化学性能

以醋酸锂和钛酸四正丁酯为原料,制备了纯相Li_4Ti_5O_(12),再用简单的水热法合成Li_4Ti_5O_(12)/Fe_3O_4复合材料作为锂离子电池的负极材料,通过XRD、SEM以及电池测试系统对纯相Li_4Ti_5O_(12)和Li_4Ti_5O_(12)/Fe_3O_4复合材料进行了结构、形貌及电化学性能测试。结果表明,制得的复合物具有较好的球形结构且粒径较小(200～300 nm),综合电化学性能较好。由于复合的Fe_3O_4有较高的理论容量,该Li_4Ti_5O_(12)/Fe_3O_4复合材料表现出比纯相Li_4Ti_5O_(12)大的容量,在1.0 C下循环100圈后,Li_4Ti_5O_(12)/Fe_3O_4的放电比容量仍能达到470.2 m A·h/g,同时也表现出比纯相Li_4Ti_5O_(12)更优的倍率性能。     

MXene(Ti_3C_2)的制备及其吸波性能

基于氢氟酸(HF)选择腐蚀MAX相(Ti_3AlC_2)中Al原子层制备出MXene的原理,通过ICP–OES测定滤液中Al离子含量而计算出MXene的转化率。调节HF浓度、反应温度和时间制备出4种高纯MXene材料;利用X射线衍射和扫描电子显微镜表征其晶体结构和微观组织形貌;用网络矢量仪测量其电磁参数并计算出反射率损耗。结果表明:高浓度40%HF组制备的MXene吸波峰在低频(2~13 GHz),样品H1和H2在厚度为3.5 mm时,分别在2.8和2.4 GHz处,反射率损耗达到极值:–7.5和–6 d B;而低浓度10%HF制备的高纯MXene吸波在高频段(5~18 GHz),当厚度为2 mm时,样品L1和样品L2分别在13.5和14.5 GHz处反射率损耗达到极值为–35和–16 d B。     

无压烧结制备高纯层状Ti_3AlC_2材料的研究

利用钛粉、铝粉和石墨粉混合作为原料并添加少量低熔点元素——锡粉以改变烧结温度和铝含量,采用无压烧结技术在烧结温度为1 400℃,原料Ti/Al/C的摩尔比为3∶1.2∶2下制备出三元Ti_3AlC_2材料。通过X射线衍射仪表征其结构,获得的Ti_3AlC_2的纯度为96.7%,利用场发射扫描电子显微镜研究观察其微观形貌为典型的层状结构。为进一步合成锂离子电池负极材料MXene相Ti_3C_2提供基础。     

新型MXene复合吸波材料研究进展

MXene材料作为一种新型的二维材料,以其优良的介电性能和新颖的层状结构,广泛应用在电容器、半导体、储能材料等诸多领域中。由于MXene材料特殊的层状结构和介电性能,使其具有了成为复合吸波材料的潜质,但是MXene材料在吸波领域的研究较少。研究中大多数MXene材料只具有介电性能,只能以介电损耗方式吸收电磁波,导致其吸波频带窄、吸波效能低。本文总结了MXene材料的基本性质,吸波材料的设计原理,新型材料MXene的各类刻蚀制备方法,以及在吸波材料方面的应用,并指出了MXene材料在吸波材料方面的设计思路。最后展望了新型MXene复合吸波材料的发展趋势。     

超级电容器用二维Ti3C2Tx过渡金属碳/氮化物材料的研究进展

近年来二维过渡金属碳/氮化物(MXene)材料由于其独特的物理/化学性能，在储能领域引起广泛的关注。其中以二维Ti3C2Tx材料的研究最为普遍。MAX相是一类三元氮化物和/或碳化物，其化学式为Mn+1AXn (n=1~3)，M代表过渡金属元素(如Sc, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo等)，X是碳和/或氮，A主要是IIIA或IVA族元素。根据n不同，MAX相的晶体结构包括3种类型。MAX相中，M?X和M?A键强度都很高。无法通过剪切或其它机械方法分层剥离。由于M?A键比M?X键具有更高的化学活性，可以通过化学刻蚀M?A键并辅助剥离方法获得单层/少层的MXenes材料。表面基团随机分布，对电化学性能有重要的影响。调控表面基团的种类和数量是当前研究的重要内容。本工作介绍了MXene相的基本结构，分析了相结构与性能的关系。总结了通过离子插入、热处理、表面改性、电极设计和元素掺杂等手段改善MXene相材料电化学性能的研究进展，简要介绍了MXenes与碳材料、氧化物、聚合物复合在超级电容器领域中的应用进展。对MXene相材料的结构、制备及电化学性能等方面进行了综述，指出了MXene相材料用于超级电容器领域存在的主要问题及未来的发展方向。     

大连化物所二维金属碳化物基储能材料研究取得新进展

正近日,中国科学院大连化学物理研究所二维材料与能源器件研究组研究员吴忠帅团队通过在KOH溶液中震荡处理二维金属碳化物纳米片(MXene),成功制备了层间距扩大的碱化MXene纳米带,并发现其具有优异的储钠和储钾性能。MXene是一类新型二维金属碳(氮)化物纳米片,常见的Ti_3C_2 MXene片已被证实是一种先进储能电极     

高温固相法合成Li_4Ti_5O_(12)及其电化学性能研究

以锐钛矿TiO_2和Li_2CO_3为原料,无水乙醇作为分散剂,采用高温固相法合成锂离子电池负极材料钛酸锂(Li_4Ti_5O_(12))。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、恒流充放电和电化学阻抗等方法对不同条件合成的材料结构、形貌及电化学性能进行表征。结果表明:最佳条件为煅烧温度750℃,煅烧时间16 h,可以制备出性能良好的纯相Li_4Ti_5O_(12)材料。在电压区间1~2.5 V范围内进行充放电,在0.5 C下,首次放电比容量为153.44 mAh/g,循环50次后,容量保持率为95.43%。在5 C大倍率下,放电比容量仍保持在108.64 mAh/g,材料表现出良好的循环性能和倍率性能。