MXene/LDH复合材料的制备及其电化学性能研究

来源 :南京理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jiangweiwei_521
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近年来,二维(2D)材料由于其独特的结构和优异的电化学性能常被用作储能电极材料,其中双金属氢氧化物(LDHs)具有易调节的层间距和高的理论质量比电容等优点,但是其弱的导电性和易团聚特性不利于充放电过程中的电子转移和离子扩散,限制其在储能材料中的应用。MXenes作为一种类石墨烯二维层状材料,具有杰出的导电性、亲水性和大的比表面积,可作为支持载体与其它二维材料复合,极大地拓展二维材料在电化学储能领域的应用。本文选用Ti3C2Tx MXene材料作为导电基底,采取静电自组装、原位金属有机框架材料(MOF)阳离子刻蚀、一步超声扦插等三种各具特色的方法将LDHs在较为温和的环境下与MXene耦合,制备了三种MXene/LDHs复合材料,并研究其作为超电容电极材料时所展现出的电化学性能,具体内容如下:(1)先将提前制备的MXene和ZnMnNi LDH进行剥离处理,使二者都呈现出单层或少层2D纳米片结构。然后,利用剥离态的MXene和ZnMnNi LDH分别具有正负电性的特点,在常温下通过静电自组装的方式将两者在二维层面进行交替堆叠结合,构筑一种兼具高导电性和高比电容的二维复合材料。在5 mV/s的扫描速率下,复合材料呈现出2065.1 F/g的最大质量比电容,并且在1 A/g下连续循环100000次后,依然有着99.8%的电容保持率。(2)室温条件下,在剥离态MXene纳米片表面原位生长一层规则排布的MOF,并用阳离子刻蚀衍生为CoNi LDH纳米片阵列。三维多孔的蜂窝状结构赋予复合材料较高的比表面积,有效促进电荷转移和离子扩散,从而提升复合材料的综合电化学性能。在扫描速率为5 mV/s时复合材料表现出2044.9 F/g的最大质量比电容。此外,结构的优化使复合后的电极材料在1 A/g的电流密度下循环100000次后,电容保持率仍高达87.8%。(3)通过快速水浴超声,使ZIF-67在形成过程中转化为三维纳米花状的CoCo LDH,并且超声作用使充分分散的MXene纳米片均匀穿插或者贴合在CoCo LDH纳米花球中,从而形成三维多孔的复合材料。高导电性的MXene纳米片和三维多孔的纳米花结构使复合材料具有高的质量比电容(扫描速率为5 mV/s时达1061.2 F/g)以及良好的循环稳定性(电流密度为1 A/g,循环100000次后容量保持率为84.1%)。
其他文献
现代战争中武器的远程化日益重要,近年来各种各样的增程技术被各种型号武器所采用,炮射火箭增程技术作为其中使用较多的增程方式之一,被各国研究者进行了深入的研究。由于增程火箭在其炮射阶段需承受极大的发射载荷,且在发动机点火时还要承受点火所带来的高压强,因此研究发射过载及点火冲击对推进剂结构完整性的影响变得十分重要。本文首先通过改性双基推进剂的准静态压缩实验及高应变率霍普金森杆实验,对推进剂在宽泛应变率下
质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)是一种将氢能直接转化为电能的新型发电装置,具有效率高、无污染等优点,在新能源载具、分布式发电等领域有着广泛应用。然而在相关的应用研发中,实体电堆的使用会带来辅助设备控制以及氢气存储等一系列复杂问题。因此可以搭建PEMFC模拟器模拟真实电堆的输出特性,并代替实体电堆为后级电路供电。本文根据PEMFC
学位
近年来,我国飞行器领域发展迅速,飞行器内部参数的测试直接影响了飞行器的正常运行和模型分析。其中,对飞行器内部各舱室温度的测量结果是一个重要参数,工作人员需要实时监测飞行器各部位工作温度,以确定飞行器工作状态。针对较为复杂的飞行环境,本文设计了一种基于OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用技术)的总线测温系统。OFDM技术在飞行器
纳米结构设计是提高超级电容器电极材料性能的有效途径之一,根据电化学性能需求的不同,如高比电容、高倍率性能、高循环性能、高能量密度等,可从不同角度对电极材料进行纳米结构的设计与制备。镍基材料作为超级电容器电极材料中较为常见又特殊的一类电极材料,在其实际应用中面临着许多挑战。而通过巧妙设计镍基材料微观结构并合理构建其复合材料的策略,可提高其在微/纳米尺度上的电化学反应和电子传输性能,有效改善其电化学性
随着现代科技的发展和精密加工元件的大量使用,对加工元件表面的粗糙度等面形参数检测精度提出了更高的要求,为了适应工业化生产现场检测的需求,对检测仪在性能、精度以及功能等方面提出了更高的要求。本文利用白光显微干涉测量与相移技术相结合的方法,对光机系统结构进行集成化设计,研制微型白光轮廓仪,实现了对精密加工元件表面粗糙度的高精度、快速测量。以点金刚石车床生产光学元件的现场粗糙度测量为目标,分析了高端白光
数据挖掘技术是当前的研究热点,聚类分析是数据挖掘技术中最经典、最常用的技术之一.聚类分析被广泛应用于许多重要的研究领域,如:气候研究、计算生物学、生物物理学、生物信息学、神经科学、金融以及经济.得益于现代自动监测技术的发展,研究人员能获得越来越多的数据.对于自动监测设备获得的数据集,数据样本总量和数据维度是可以获取的信息.但是,数据集的总类数一般都是未知的.现有的聚类方法大部分都需要输入参数,有些
许多实际网络系统均可以用复杂网络模型表示,而复杂网络呈现出与我们的生产与生活相关的各种动力学行为,同步作为复杂网络的一个重要动力学行为,受到了大量学者的关注,取得了不少研究成果。然而在时滞和扰动下,单层及其多层耗散网络的同步与控制问题还值得进一步研究。本文在以前的科研工作者的研究基础上,利用稳定性理论,反馈与自适应控制技术,研究了网络及网络间的同步与控制问题。主要工作如下:1.研究了具有随机不确定
学位
为了满足超远程火炮及高膛压穿甲弹发射装药的需求,进一步提高目前火炮的使用安全性,需要开发研制力学性能优良的高能发射药。本文采用一种硝化细菌纤维素(NBC)作为发射药含能增强材料,通过添加质量分数为5%的NBC,提高高能发射药的力学性能,并进一步研究溶剂比、溶剂种类和不同增塑剂体系对NBC发射药性能的影响。通过SEM、XRD和FTIR对发射药形貌和结构进行了表征。通过冲击试验、拉伸试验和压缩试验对其