發(fā)布時間：2021-06-10 20:18

　　隨著現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)高效的能量轉換和存儲的新器件。由于電化學存儲與轉換均與表面及界面反應有關,因此材料的選擇和結構的設計至關重要。近年來,二維Ti₃C₂由于具有優(yōu)異的導電性、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注。然而Ti₃C₂不可避免的重堆疊和FeOOH導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復合薄膜用于超級電容器負極。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... 

【文章來源】：哈爾濱師范大學黑龍江省

【文章頁數】：52 頁

【學位級別】：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，但是較差的導電性限制了它們在大功率存儲設備中的應用[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成：水性電解質、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）分層結構可以產生豐富的離子擴散路徑，從而促進擴散過程；（2）2D結構可以緩沖反應過程中的體積變化，并且保證每個納米片之間良好的連接性；（3）表面可調節(jié)的理化性質[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的原子結構。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構的復合電極，該復合電極展現出優(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掃速下復合電極的體電容為1040


本文編號：3223054