随着科技的迅猛发展,人们对能源的需求日益增加,大量的使用化石能源、石油等不但使得全球环境污染愈演愈烈,而且这些能源同时也面临即将枯竭的“厄运”。这种不可再生能源、一次能源已经不能满足社会发展的需求,科技的发展应以可持续发展为前提,所以这不再是我们发展的最优选择,发展新型清洁能源就成为我们当下的发展趋势,寻找清洁能源的载体也就是发展储能装置便成了首要的任务。锂电池池以及超级电容器由于具有能耗清洁性、可重复利用性并且具有较高的功率密度和能量密度,所以得到了广泛的应用与关注,那么寻求电化学性能优异的储能材料便成为人们研究的热点。近几年来,二维层状材料在储能领域备受关注,例如石墨烯,过渡金属氧化物、氢氧化物等等。二维层状材料由于具有较大的比表面积,有利于离子的嵌入脱出,扩大了离子反应的活性位点,使其具有优异的电化学储能性质。2011年美国科学家发现了一种新型的二维层状材料—MXene,这类称为MXene的二维层状材料在超级电容器领域及锂离子电池领域引起了广泛的关注。这种材料的通式为M_n+1X_n T_x,“M”为过渡金属原子,“X”为碳或氮原子,“T”代表表面官能团:为含氟或氧官能团。由于其制备方法使得材料表面具有大量的亲水基团,可以很好地与电解液接触,并且由于具有金属原子使得其具有较高的导电性。最近几年研究者们发现MXene可以制备成无粘结剂的柔性电极材料,这样就可以提高活性物质的负载量,提高材料的体积容量,进一步提高材料的电化学储能性能。到目前为止实验上已可合成的30多种MXene,由于Ti₃C₂-MXene最早被发现且电化学性能优异,使得对于超级电容器及锂离子电池应用的MXene的研究主要集中在Ti₃C₂上,对其他MXene的研究正处于刚刚兴起的阶段,例如Ti₂C、Mo₂C和Mo_1.33C在水性电解质中的超级电容器性能已经取得了很好的结果。然而,许多其他MXene在超级电容器等储能应用中仍然没有被开发,例如钒基的MXene。钒原子的摩尔质量要比钛原子的轻许多,可以提供更高的体积容量。理论计算表明钒基的MXene相比于钛基的MXene确实具有更高的理论比容量,并且211相的MXene仅具有三层原子,要少于312相的五层原子,在离子传输中更具优势,本论文将其MAX相中的211相V₂AlC为前驱体制备出V₂CTx的少层和单片层材料,并应用于水系超级电容器、锂电池和锂-硫电池中。我们利用商用的钒粉、碳粉和铝粉通过高温固相烧结得到了MAX相,并对这种烧结方法进行了优化,可以用于大批量的生产V₂AlC。通过液相刻蚀用氢氟酸把V₂AlC中的Al刻蚀掉,得到块状的V₂CT_x,并利用四甲基氢氧化铵对块状的V₂CT_x进行分散,得到了最终材料即V₂CT_x的少层和单片层的柔性电极材料。对得到的材料进行了相关的结晶性、形貌、导电性的物性表征,如X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、四探针法测电阻、XPS等物理测试等。同时也把材料应用于电化学测试,我们把V₂CT_x的单片层柔性电极材料应用于硫酸、氢氧化钾、硫酸镁和硫酸钾四种不同酸碱性的电解液中测试其超级电容器性能,并且使这种片层材料与碳纳米管复合应用于锂电池以及利用少层的V₂CT_x作为硫的负载用于锂-硫电池中。在本文中,我们报告的第一部分为MXene-V₂CT_x在四种水性电解质中的电容行为。测试结果表明,在1M H₂SO₄、1M MgSO₄、1M KOH和0.5M K₂SO₄中分别获得了487 F/g、225 F/g、184 F/g和90 F/g的优良比电容,这一工作证明了V₂CT_x MXene在水性电解质储能方面的前景。第二部分为V₂CT_x少层、单片层材料与碳纳米管复合应用于锂离子电池,其中我们选择了三个比例进行复合,分别为5%、10%、20%,由于CNT和V₂CT_x的协同作用使得其电化学性能在不同比例下有不同的提升。这三个比例中10%为最优复合比例,在10%的比例下,以200 mA/g的电流密度循环,首次放电可达502.11 mAh/g,循环200圈后容量可达400 mAh/g。第三部分中利用单片层材料作为硫的负载在锂-硫电池中有初步的应用,实验结果体现出了V₂CT_x对在锂-硫电池循环过程中产生的多硫化物有很好的吸附作用以及对在充放电过程单质硫的体积膨胀有一定的抑制作用,使其循环稳定性及倍率性能有一定程度的提升。