自從2004年英國曼切斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家Andre Geim和Konstantin Novoselov使用微機械剝離法成功從石墨中剝離出石墨烯之后,二維材料的研究逐漸成為研究的熱點。由美國德雷塞爾大學(xué)的Yury Gogotsi教授和Michel W.Barsoum教授等人在2011年合作發(fā)現(xiàn)的MXene就是其中的一種二維材料。MXene材料是由MAX材料得到的,M為一些過渡金屬元素,A為一些主族元素,X為C或者N。由于A與M和X之間的化學(xué)鍵比較弱,因此可以通過比如化學(xué)刻蝕的方法把A去除,再進行剝離,就可以得到二維MXene材料。通過基于第一性原理的密度泛函理論進行計算可以發(fā)現(xiàn),MXene材料的晶格能是負的,即MXene材料可以穩(wěn)定存在。MXene材料具有很多優(yōu)良的性能,比如良好的導(dǎo)電性、離子傳輸路徑短、比表面積大、穩(wěn)定性強等。MXene材料應(yīng)用的領(lǐng)域也十分的廣闊,比如超級電容器、鋰離子二次電池、作為吸附材料、儲氫材料、潤滑劑、作為催化劑催化水制氫等。因此MXene材料非常具有研究價值。通過第一性原理進行理論計算,發(fā)現(xiàn)在MXene材料中近自由電子態(tài)對其電子結(jié)構(gòu)有著較大的影響。雖然近自由... 

【文章來源】：上海師范大學(xué)上海市

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

MAX相中的211型，312型，413型的結(jié)構(gòu)，紅色的球代表M，綠色小球代表X，白色小球代表A

上海師范大學(xué)碩士學(xué)位論文第1章緒論1第1章緒論1.1MXene材料1.1.1MAX材料MAX相，或是Mn+1AXn，屬于密排六方結(jié)構(gòu)，在每個六角形的MAX相晶胞中包含兩個標準單元，所屬空間群為P63/mmc。對于金屬材料而言，一般具有良好的導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性等。對于陶瓷材料而言，一般具良好的抗氧化性及耐腐蝕性等。MAX相材料是一種能夠兼具兩方面的特性的材料。常見的MAX材料有M2AX、M3AX2以及M4AX3。他們的結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。圖1-1MAX相中的211型，312型，413型的結(jié)構(gòu)，紅色的球代表M，綠色小球代表X，白色小球代表A。其中，M為過渡金屬元素，A為Ⅲ族或者Ⅳ族的主族元素，X為C或N[1]。圖1-2清晰地說明了它們。理論上MAX相材料應(yīng)該有很多，但是迄今為止，只有60多種MAX相被制備出來，比如使用氫氟酸刻蝕最早被制備出來的三維層狀化合物Ti3AlC2。因此MAX相材料的研究與開發(fā)還存在著巨大的潛力。圖1-2在元素周期表中，M代表的是藍色區(qū)域的過渡金屬元素，A代表的是綠色區(qū)域的過渡金屬元素，X則指的是C或者N。

上海師范大學(xué)碩士學(xué)位論文第1章緒論3更多更廣泛的領(lǐng)域。MXene材料的研究熱度自自2011年發(fā)現(xiàn)以來就居高不下。但國內(nèi)關(guān)于MXene材料的研究還不夠深入。圖1-3MAX相材料經(jīng)過先HF去除A元素，再進行剝離，最后得到二維的MXene材料的示意圖。圖1-4電子顯微鏡下的MXene材料。MXene材料的晶格能為負值，即MXene可以穩(wěn)定存在。MXene材料在無氧脫氣的水中或者干燥的空氣中會保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，放置在有氧氣和水的環(huán)境中就很容易發(fā)生改變。所以比較好的保存方式是將MXene材料放置在無水無氧的低溫下保存。Mxene材料具有很多優(yōu)良的性能：1.良好的穩(wěn)定性[19]：MXene材料在常溫常壓下可以穩(wěn)定存在。如：Ti3C2Tx[19]在氬氣的保護下甚至在800℃時依然穩(wěn)定，耐電子輻射能力比石墨烯好。在耐氧化性方面，比石墨烯等低維材料差。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Ultra-lightweight Ti3C2Tx MXene modified separator for Li–S batteries:Thickness regulation enabled polysulfide inhibition and lithium ion transportation[J]. Nuo Li,Ying Xie,Shuting Peng,Xiang Xiong,Kai Han.  Journal of Energy Chemistry. 2020(03)
[2]Thermoelectric effects and topological insulators[J]. 徐勇.  Chinese Physics B. 2016(11)
[3]Recent advances in MXene: Preparation, properties,and applications[J]. 雷進程,張旭,周震.  Frontiers of Physics. 2015(03)



本文編號：3606771