本文選題：二維晶體　切入點：MXene　出處：《河南理工大學(xué)》2014年碩士論文

【摘要】：超級電容器和鋰電池具有功率密度大、能量密度高、壽命長、安全性好等優(yōu)點,是目前最為常用的二次儲能裝置。它們的電化學(xué)性能都與電極材料相關(guān)。二維晶體材料相對于其母體材料具有很多特異的性能,特別是較高的比表面積,被視為潛在的電極材料。本文利用HF刻蝕Ti3Al C2成功制備出一種新型的二維碳化物晶體MXene,研究了其制備的影響因素及熱穩(wěn)定性,并將其用于超級電容器電極和鋰離子電池負(fù)極。溫度、時間是影響MXene制備的重要因素。尿素、氨水、二甲基甲酰胺等小分子插層可以進(jìn)一步剝離MXene。熱重和示差掃描量熱分析結(jié)果顯示MXene可以在小于800°C氬氣氣氛中穩(wěn)定存在。在氧氣氣氛下,200°C時MXene部分氧化,形成一種新型的結(jié)構(gòu):銳鈦礦分布于MXene片層上;1000°C時MXene全部氧化為二氧化鈦。由于Ti3SiC2具有良好的耐腐蝕性,所以不能通過HF刻蝕制備MXene。由于MXene具有親水性以及相對較低的比表面積使其在KOH電解液中的電化學(xué)性能比在有機電解液中的電化學(xué)性能好。在電流密度為2.5 A/g時最高體積比電容為119.8 F/cm3。在MXene中添加炭黑可以提高電容器的電化學(xué)性能,這是因為炭黑可以阻止MXene的擇優(yōu)取向,為離子快速擴撒提供通道,增加電極片的導(dǎo)電能力。電化學(xué)測試表明MXene用于鋰離子電池負(fù)極材料具有較高的嵌鋰和脫鋰潛能,同時MXene中的電荷儲存是由鋰離子的嵌入形成,并不是轉(zhuǎn)換反應(yīng)。MXene在1C下的循環(huán)穩(wěn)定電容量為131 mAh/g,表明MXene可以作為鋰離子電池負(fù)極材料。此外,利用無壓燒結(jié),以TiC/Sn/TiH2和2TiH2/Sn/C混合粉體在1200°C保溫1 h獲得了高純Ti2SnC。以TiC/1.1Al/TiH2和2TiH2/1.1Al/C為原料在1400°C保溫1h成功制備高純Ti2AlC。證明了Ti3AlC2可以和AlTi反應(yīng)生成Ti2AlC。
[Abstract]:Supercapacitors and lithium batteries have the advantages of high power density, high energy density, long life, good safety and so on, so they are the most commonly used secondary energy storage devices.Their electrochemical properties are related to electrode materials.Two-dimensional crystal materials have many special properties compared with their parent materials, especially the high specific surface area, and are considered as potential electrode materials.In this paper, a novel two-dimensional carbide crystal, MXENE, was prepared by HF etching of Ti3Al C2. The influencing factors and thermal stability of MXENE were investigated and used as electrode for supercapacitor and negative electrode for lithium-ion battery.Temperature and time are important factors affecting the preparation of MXene.The intercalation of urea, ammonia, dimethylformamide and other small molecules can further peel off MXene.The results of thermogravimetric and differential scanning calorimetry show that MXene can exist stably in ar atmosphere of less than 800 擄C.MXene was partially oxidized in oxygen atmosphere at 200 擄C to form a new structure: anatase distributed on MXene lamellar at 1000 擄C MXene was oxidized to titanium dioxide.Due to its good corrosion resistance, Ti3SiC2 cannot be prepared by HF etching.Because of its hydrophilicity and relatively low specific surface area, MXene has better electrochemical performance in KOH electrolyte than in organic electrolyte.The maximum volume specific capacitance is 119.8 F / cm ~ 3 when the current density is 2.5 A / g.The addition of carbon black to MXene can improve the electrochemical performance of the capacitor, because carbon black can prevent the preferential orientation of MXene, provide a channel for ion diffusion and increase the conductivity of electrode sheet.Electrochemical measurements show that MXene has high lithium intercalation and delithium potential for lithium ion batteries, and charge storage in MXene is formed by intercalation of lithium ions.It is not the conversion reaction. MXene has a cyclic stable capacitance of 131mAh / g at 1C, indicating that MXene can be used as anode material for lithium ion batteries.In addition, high purity Ti _ 2SnC was obtained by pressureless sintering with mixed powder of TiC/Sn/TiH2 and 2TiH2/Sn/C at 1200 擄C for 1 h.High purity Ti _ 2AlC was prepared from TiC/1.1Al/TiH2 and 2TiH2/1.1Al/C at 1400 擄C for 1 h.It is proved that Ti3AlC2 can react with AlTi to form Ti _ 2AlC.
【學(xué)位授予單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM53;TM912;O611.4

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