過渡金屬碳化物衍生物的制備及其性能研究.pdf

1、過渡金屬碳化物是由過渡金屬元素和碳元素組成的一種層狀材料，由其衍生出的二維層狀過渡金屬碳化物(MXenes)和碳化物衍生碳材料等由于具有獨特的組成和結構，在電化學儲能、水處理和氣體儲存等領域顯示出良好的應用前景，引起國內外的關注。目前，將過渡金屬碳化物轉化為過渡金屬氧化物/碳復合材料的報道相對較少，且制備過程比較繁瑣。碳化物衍生碳的制備通常采用有毒氣體氯氣作為刻蝕劑，不僅污染環(huán)境，還威脅人體健康。因此，應探索更加安全和簡便的碳化物衍生物

2、的合成方法。
　　本論文選擇Ti3AlC2作為前驅體，采用兩種不同的方法制備了TiO2/C復合材料。同時，還探索了新的更加安全的Na2CO3為刻蝕劑制備了碳化物衍生碳材料。采用XRD、SEM、TEM等對所制備材料的結構進行表征，采用充放電、循環(huán)伏安和交流阻抗等電化學手段對材料的電化學儲鋰性能進行了研究。主要研究結果如下:
　　(1)以Ti3AlC2為原料，氫氟酸作刻蝕劑，合成Ti3C2材料，然后將其進一步水熱制備出二維層狀結

3、構的納米銳鈦礦TiO2/C復合材料。研究了氧化劑過硫酸銨的加入量和水熱溫度對制備的銳鈦礦TiO2/C復合材料的形貌、結構與電化學儲鋰性能的影響。當Ti3C2與過硫酸銨的質量比為1∶4、水熱溫度為180℃時，在充放電信率為0.1C時的首次可逆容量可達324mAh g-1，以0.2C倍率循環(huán)充放電過200次后容量保持在189mAh g-1，具有良好的循環(huán)性能。
　　(2)以Ti3AlC2為原料，將其與Na2CO3在高溫下反應、再在酸性

4、環(huán)境下水解制備出納米金紅石TiO2/C復合材料。通過調節(jié)鹽酸濃度和水浴溫度，獲得一系列不同形貌的TiO2/C復合材料。研究表明，在3M的鹽酸中，100℃的水浴條件下所制備的TiO2/C復合材料具有較佳的電化學性能。在充放電倍率為0.1C時，材料的首次可逆比容量為253mAh g-1。具有良好的倍率性能，在充放電倍率為50C時比容量保持38mAh g-1。
　　(3)將Ti3AlC2與Na2CO3高溫共熱的產物溶解在HCl溶液中，再