超级电容器是一种介于传统电容器和充电电池之间的新型储能装置,具有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长等优点,已广泛应用到便携式电子设备、新能源汽车、分布式储能系统等领域。二维过渡金属碳/氮化物(MXenes)具有比表面积大、兼具导电性和亲水性、稳定性好等一系列优异的物理化学性能,非常契合超级电容器等储能器件对电极材料的要求。对MXenes剥层过程的深入理解是优化MXenes制备工艺和改善其电化学性能的基础。本文研究了 HCl和LiF刻蚀前驱体Ti3AlC2中“反应物配比”和“反应时间”两工艺条件对刻蚀产物组织结构以及电化学性能的影响规律,并探究了 MXene纳米片形成的微观机理。不同工艺条件下,MXene的结构表征结果表明:增加“反应物配比”或“反应时间”条件时,由于刻蚀过程中水合Li+和水分子等离子/分子的插层效果增强造成MXene片层间距的增大。刻蚀产物的形貌表征分析表明,刻蚀剥层过程除了沿平行于纳米片方向进行以外,还可在前驱体局部缺陷处在应力作用下沿垂直于纳米片方向进行,导致纳米片上锯齿状边缘形貌和规则六棱柱形或近圆柱形孔洞的形成。电化学测试结果表明,Ti3C2Tx薄膜电极的电容值随LiF与Ti3AlC2摩尔比增大和反应时间延长而增大。表面电容和赝电容对总电容贡献的计算表明,上述两工艺条件对质量比电容的增强主要是通过提升插层赝电容的贡献实现的。其中,由6M HCl、LiF/Ti3AlC2摩尔比为10:1、65℃下反应36 h条件下的少层纳米片制成Ti3C2Tx薄膜电极的电化学性能最优。在2 mVs-1扫描速率下,质量比电容可达307.2Fg-1。