隨著現(xiàn)代社會對綠色能源需求的日益增長,人們更多地投入到開發(fā)高效的能量轉(zhuǎn)換和存儲的新器件。由于電化學(xué)存儲與轉(zhuǎn)換均與表面及界面反應(yīng)有關(guān),因此材料的選擇和結(jié)構(gòu)的設(shè)計至關(guān)重要。近年來,二維Ti₃C₂由于具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、親水性、靈活性等優(yōu)點成為優(yōu)異的超級電容器電極材料和導(dǎo)電基底材料。過渡金屬氧化物FeOOH因其本征超級電容器性能和電催化性能受到了關(guān)注。然而Ti₃C₂不可避免的重堆疊和FeOOH導(dǎo)電性差的缺點致使其性能得不到充分發(fā)揮。針對以上問題,本論文做了以下兩方面工作:首先,為了解決少層Ti₃C₂重堆疊的問題,我們摻入少量FeOOH QDs（量子點）,制備了Ti₃C₂/FeOOH QDs復(fù)合薄膜用于超級電容器負(fù)極。FeOOH QDs不僅作為支柱防止Ti₃C₂的重堆疊,還可以提供額外的贗電容貢獻。因此,Ti₃C₂/FeOOH QDs復(fù)... 

【文章來源】：哈爾濱師范大學(xué)黑龍江省

【文章頁數(shù)】：52 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

碳材料的CV曲線和GCD曲線

第1章緒論-3-豐富、容易合成、具有較高的比電容（NiO理論比容量為3750Fg-1）以及環(huán)境友好等特點被認(rèn)為是適合于堿性電解液的超級電容器電極材料[28]。Fe2O3和FeOOH雖然具有高的理論容量，但是較差的導(dǎo)電性限制了它們在大功率存儲設(shè)備中的應(yīng)用[29]。鑒于金屬氧化物的高比電容和碳基材料的穩(wěn)定性，將金屬氧化物/氫氧化物與聚合物或碳材料進行結(jié)合，取長補短，可獲得具有電容及穩(wěn)定性均優(yōu)秀的電極材料。1.1.2電催化劑材料的研究進展電催化分解水制備氫氣具有能量轉(zhuǎn)換效率高、可忽略的環(huán)境污染等優(yōu)點，是制造新一代可再生清潔能源的有效方式。圖1-2為電催化水分解的示意圖[30]，整個裝置由三部分構(gòu)成：水性電解質(zhì)、陽極和陰極。催化劑引入會降低裝置在進行水分解時帶來的過電勢，節(jié)約能源，因此對電催化劑的研究意義重大。圖1-2電催化分解水的示意圖。Fig.1-2Schematicillustrationofelectrocatalyticwatersplitting.鉑（Pt）金屬是用于HER最有效的催化劑，而OER的標(biāo)桿式催化劑是Ir/Ru的氧化物。然而，這些貴金屬的低儲量和高成本限制了它們的應(yīng)用[31]。因此打造低成本且活性高的電催化劑成為了人們研究的核心。由于電催化水分解通常在強酸或強堿溶液中進行，因此材料在極高或極低pH中的穩(wěn)定性也需要進一步考慮。目前開發(fā)的OER非貴金屬催化劑材料主要包括過渡金屬的磷酸鹽、硫化物、過渡金屬氧化物以及氫氧化物[30]。元素周期表中第一行過渡金屬化合物具有較高的理論電催化活性、物產(chǎn)豐富、低成本等特點，因此將它們進行深入的研究并開發(fā)成為高效電催化劑是非常有前景的。根據(jù)其組成元素，主要可以分為三類：鈷（Co）基材

的作用。相比于塊體材料，二維材料具有以下幾個優(yōu)點：（1）分層結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生豐富的離子擴散路徑，從而促進擴散過程；（2）2D結(jié)構(gòu)可以緩沖反應(yīng)過程中的體積變化，并且保證每個納米片之間良好的連接性；（3）表面可調(diào)節(jié)的理化性質(zhì)[41]。MXene是一類二維過渡金屬碳化物/氮化物。Ti3C2是MXene中的一種，自2011年首次報道以來就引起了人們廣泛的關(guān)注，并在超級電容器及電催化等方面被充分的研究。如圖1-3所示，MXene是在MAX相中除去中間層A原子（M=過渡金屬元素；A=IIIA或IVA元素；X=C/N）而得到的MnXn-1[39,41]。圖1-3MAX相在元素周期表中的分布和M2AX，M3AX2和M4AX3的原子結(jié)構(gòu)。Fig.1-3DistributionoftheMAXphasesandelementoftheperiodictable,theatomicstructureofM2AX,M3AX2andM4AX3phases.由于少層Ti3C2納米片具有出色的柔韌性，因此將Ti3C2開發(fā)成為自支撐的電極構(gòu)建柔性超級電容器具有廣闊的前景。Fu等人通過HCl+LiF的刻蝕方法制備了少層的Ti3C2，并通過真空抽濾的方式獲得了柔性Ti3C2電極，該電極（H2SO4電解液）具有892Fcm-3的超高體電容，并且在10000次循環(huán)后性能沒有衰減，為Ti3C2作為柔性電極奠定了基矗然而Ti3C2的重堆疊問題會影響其作為柔性電極的性能，因此人們將研究重點放在了改善其重堆疊問題上。例如，Zhao等人將CNT引入到Ti3C2納米片之間，合成了類似于三明治結(jié)構(gòu)的復(fù)合電極，該復(fù)合電極展現(xiàn)出優(yōu)異的超級電容器性能，體電容為390Fcm-3，并且電極在10000圈循環(huán)后電容沒有衰減[42]。Yan等人通過靜電自組裝的方法，成功地合成了MXene/rGO復(fù)合電極，rGO可以有效的防止Ti3C2的重堆疊，在H2SO4電解液中展示出優(yōu)異的超級電容器性能，2mVs-1掃速下復(fù)合電極的體電容為1040


本文編號：3223054