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宏量制備層狀Ti3C2及其超級電容的性能

477   編輯：中冶有色網   來源：楊占鑫,吳瓊,任奕橋,屈凱凱,張哲豪,仲為禮,范廣寧,齊國超  
2024-04-19 13:24:17
隨著傳統石化能源的減少，作為綠色能源的快速充放電超級電容器成為研究的熱點[1,2] 研發超級電容器電極材料，是超級電容器研究的核心課題[3] 具有類石墨烯二維層狀結構的MXene相材料，其導電性比石墨烯高得多 MXene相材料的導電通道促進了電荷的傳輸[4]，較大的比表面積為離子嵌入提供了大量電化學活性位點，有助于提高電極材料的電化學性能 更為重要的是，MXene相材料的偽電容機制使超級電容器具有更大的比容量[5, 6] 同時，MXene相材料的層狀剝離結構，使其在催化劑[7]、生物和化學傳感器[8]、吸附[9]、鋰離子[10]和鈉離子電池[11]等領域有重要的應用 Naguib M、朱建峰和Wang等研究證實，作為MXene相材料典型代表的Ti3C2電極材料在儲能領域有廣闊的應用前景[12~14] 但是，關于宏量合成Ti3C2及其超級電容性能的研究鮮有報道 其原因是，宏量生產的前驅體材料Ti3AlC2的結晶性不好，純度較低 作為傳統粉末冶金方法的原位燒結技術，是一種適于大規模生產高純度Ti3AlC2、成本低的工藝[15, 16] 目前合成Ti3C2的方法，主要有氫氟酸(HF)刻蝕[17]、鹽酸(HCl)和氟鹽混合溶液刻蝕[18]、氫氧化鈉(NaOH)水熱刻蝕[19]等 HF酸刻蝕的刻蝕能力強、工序簡單，更容易剝離出層狀分離結構的Ti3C2，且易于大規模生產 本文采用原位燒結方法宏量合成高純度前驅體Ti3AlC2并進行選擇性刻蝕制備層狀剝離Ti3C2材料，研究Ti3AlC2前驅體材料的宏量合成條件以及刻蝕時間對宏量合成Ti3C2的影響，并測試和分析Ti3AlC2電極和刻蝕Ti3C2電極的電化學性能 1 實驗方法 將鈦粉、鋁粉和石墨粉按3:(1+x):1.9，(x=0，0.1，0.2，0.3，0.4)的摩爾比稱量，并在每個500 g樣品中添加1 g錫粉以在反應過程中形成“熔池效應”，使各部分反應均勻[15] 在配制好的原料中加入適量的乙醇，然后將其放入球磨機中球磨 將球磨后的混合粉末真空干燥后置于溫度為1300~1550℃的真空燒結爐中原位燒結，得到Ti3AlC2粉體 選取純度最高的Ti3AlC2粉體作為前驅體原料，在每樣50 g緩慢倒入HF酸(≥40%，質量分數)中磁力攪拌6~36 h，然后轉移容器超聲振動5 h，得到沉淀物 將沉淀物抽濾后置于120℃真空干燥
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