基于二维碳化物复合材料的制备以及电化学性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

自从2011年Drexel大学教授Michel Barsoum课题组首次通过氢氟酸（HF）刻蚀体相材料（MAX）的方法，剥离了MAX中结合较弱的Al原子层，得到结合紧密的M_{n 1}X_nT_x片层复合材料，T代表表面官能团（-O，-OH或-F），由于其物理化学性质类比于石墨烯，得到的片层被命名为MXene。随后，MXene作为一类新型二维材料激起了研究者们的极大兴趣并受到了广泛关注。新型类石墨烯二维层状材料MXene，由于具有优异的电子导电性、高的比表面积及丰富的表面官能团等独特性质，在作为电极材料时表现出极大的应用潜力。本文以TMD（MoS₂）和MXene（Mo₂C,Ti₃C₂）为重点研究对象,通过水热合成法制备了特殊形貌的纳米材料,并通过科学的研究方法探究其纳米结构、形貌生长机理。基于材料的不同物理化学特性,探究了其在电化学方面的应用。类石墨烯过渡金属二硫化物MoS₂和MXene因其独特的结构具有众多优异的物理化学特性。基于两者在晶体结构和微观形貌上的匹配性和电学性能上的互补性,这两种材料所制备的复合材料能够最大程度地显示二者之间的协同效应。这种新型复合纳米材料作为锂离子动力电池电极材料不仅具有高的电化学贮锂可逆容量,而且具有优异的循环性能和好的高倍率充放电特性。：采用水热法原位合成MXene/MoS₂复合材料。利用X射线衍射技术、扫描电镜以及透射电镜表征所合成样品的物相结构与微观形貌,分析和总结实验工艺条件,并研究复合材料作为电极材料的电化学性能。结果表明,水热温度为220℃时制备得到的MXene/MoS₂复合材料,具有最优的循环伏安曲线、恒电流充放电及电化学阻抗谱等电化学性能。

2. 研究内容和预期目标

主要内容：

为了利用mxene优良的导电性，控制合成具有特殊形貌和多活性位点mxene/mos₂；通过对mxene以及mos₂合成条件的筛选，实现钼源在mxene结构中的控制生长，掌握特殊结构mos₂结构形成机制。具体研究内容包括：

（1）合成功能化的mxene/mos₂，经自然干燥备用；

3. 研究的方法与步骤

mxene/mos₂材料的制备

(1)称取一定量的ti₃alc₂，于（40%）hf中40℃中搅拌48h。

(2)所得样品清水洗涤，多次离心，至上清液ph=6,60℃真空烘干备用。

4. 参考文献

[1] 黄华;;载铂钴酸镧的制备与电化学性能[j];材料科学与工程学报;2016年06期

[2] 刘春莲;;《材料化学性能》课的教学实践[j];太原理工大学学报(社会科学版);2002年s1期

[3] 郑安雄;郝伟强;陈德伟;;硅烷热解制备纳米硅及电化学性能研究[j];化工新型材料;2017年06期

5. 计划与进度安排

(1) 第1周-第4周，查阅资料，制定实验方案与计划，准备开题报告；外文论文翻译，论文前言部分的撰写；

(2) 第5周-第8周，合成mxene/mos₂复合材料；对材料进行xrd、sem、tem、xps等表征；并探索材料制备条件对材料结构的影响；

(3) 第9周-第12周，将所得材料组装成电池，测定样品的电化学性能，并比较不同材料性能的差异；