發(fā)布時間：2018-03-03 06:31

  本文選題：二維晶體　切入點：MXene　出處：《河南理工大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：新型高性能儲能材料的設(shè)計、合成與應(yīng)用研究被視為解決當(dāng)今世界能源和環(huán)境問題的重要課題。MXene是一類新型的二維過渡金屬碳化物,經(jīng)過短短四年的研究,成為一種極具潛力的新型儲能材料并引起廣泛關(guān)注。首先,本論文利用第一性原理研究了24種MXene的電子結(jié)構(gòu)和形成能。結(jié)果表明:表面裸露的MXene均具有導(dǎo)電性能,選擇A金屬活性高的MAX相較易于刻蝕制備相應(yīng)的MXene。其次,利用第一性原理研究了Ti2C的儲氫性能。結(jié)果表明:Ti2C的儲氫方式分為三類:化學(xué)吸附(1.7 wt%)、Kubas吸附(3.4 wt%)和物理吸附(3.4 wt%)儲氫。分子動力學(xué)模擬表明,在300-400 K,Kubas氫分子能夠可逆吸附和脫附。此外,Sc2C的儲氫也包含了物理吸附、Kubas吸附和化學(xué)吸附三種方式,理論儲氫量為9.0 wt.%。再次,利用第一性原理研究了高鋰濃度下V2CO2的儲鋰性能,結(jié)果表明:(1)單層Li吸附時,隨著x增大,結(jié)構(gòu)H1H2-V2CO2Lix向H1T-V2COLix轉(zhuǎn)變,并伴隨著一系列體積的變化。這種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的實質(zhì),是高濃度鋰原子誘導(dǎo)V2C表面的氧原子重新排列。(2)多層Li吸附時,隨著鋰濃度增加,氧原子遷移到兩層鋰原子層之間,形成一個三明治吸附結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)與Li2O單質(zhì)結(jié)構(gòu)非常相似。因此,此階段可能通過相轉(zhuǎn)變反應(yīng)生成V2C和Li2O。在插層和相轉(zhuǎn)變機制的共同作用下,V2CO2的理論比容量高達1470 mAh g-1。(3)根據(jù)是否發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,不同OMX(MXene functioned by O groups)儲鋰的行為可分為三類,即V-類,Nb-類和Ti-類。層厚變化率φ可作為判斷OMX儲鋰分類的參數(shù)。最后,制備了ex-Ti3C2和in-Ti3C2晶體并測試了其電化學(xué)性能。結(jié)果表明,在1 C的倍率下,in-Ti3C2的可逆比容量為123.6 mAh g-1,高于ex-Ti3C2的比容量,說明增大晶格常數(shù)c是提高MXene比容量的有效方法之一。
[Abstract]:The design, synthesis and application of new high-performance energy storage materials are regarded as an important subject to solve the energy and environmental problems in the world. MXene is a new type of two-dimensional transition metal carbide, which has been studied for a short period of four years. In this paper, the electronic structure and formation energy of 24 kinds of MXene have been studied by first principle. The results show that all the surface exposed MXene have conductive properties. The MAX phase with high activity of metal A is easier to be etched to prepare the corresponding MXene.Secondly, The hydrogen storage properties of Ti2C were studied by first principle. The results show that the hydrogen storage methods of Ti2C are divided into three types: chemical adsorption (1.7wt), Kubas adsorption (3.4wt) and physical adsorption (3.4wt.). Kubas hydrogen molecules can be adsorbed and desorbed reversible at 300-400 Kas. In addition, the hydrogen storage of Sc2C also includes physical adsorption Kubas adsorption and chemical adsorption. The theoretical hydrogen storage capacity is 9.0 wt. thirdly, the lithium storage properties of V _ 2CO _ 2 at high lithium concentration have been studied by first principle. The results show that with the increase of x, the structure of H _ 1H _ 2-V _ 2CO _ 2Lix and a series of volume changes are accompanied by a series of volume changes during the adsorption of the monolayer Li. The essence of this structural transition is when the oxygen atoms on the surface of V _ 2C are rearranged. With the increase of lithium concentration, oxygen atoms migrate to the two layers of lithium atoms to form a sandwich adsorption structure, which is very similar to the simple structure of Li2O. V2C and Li _ 2O-V _ 2C and Li _ 2O. the theoretical specific capacity of V _ 2CO _ 2 under the interaction of intercalation and phase transition mechanism is as high as 1470 mAh g ~ (-1) ~ (3). According to the structural transition, different OMX(MXene functioned by O groups can be classified into three types of lithium-storage behaviors. The thickness change rate 蠁 can be used as a parameter to judge the classification of lithium storage in OMX. Finally, ex-Ti3C2 and in-Ti3C2 crystals have been prepared and their electrochemical properties have been tested. The reversible specific capacity of Ti3C2 at 1 C is 123.6 mAh g-1, which is higher than that of ex-Ti3C2, indicating that increasing the lattice constant c is one of the effective methods to increase the specific capacity of MXene.
【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】：2015
【分類號】：TB34

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本文編號：1559904