摘要
MXene作为最新发现的二维过渡金属碳化物/氮化物，被认为是一种很有前途的储能材料。近年来，研究者将多种活性材料与MXene结合制备新型MXene基复合材料，其中，MXene可以提供高的导电性，促进电子的快速转移，并且增加材料的表面积和活性位点。因此，MXene基复合材料往往具有更好的电化学性能。 本论文成功制备了Ti3C2TxMXene纳米片，并通过将Ti3C2TxMXene与不同改良方法的碳布进行结合，制备了三种性能优异的MXene基复合电极材料应用于电化学电容器。 （1）将商业碳布进行混酸电化学氧化处理，制备富醌基的碳布基底（EOCC），通过在表面自组装Ti3C2TxMXene纳米片，制得新型Ti3C2Tx/EOCC复合电极材料。结果表明，Ti3C2TxMXene在EOCC碳布表面得以良好的分散，依靠氢键二者紧密结合，表现出良好的电化学性能。该材料在1mAcm-2的电流密度下可提供887.76mFcm-2的面积比电容。当电流密度增加5倍时，电容保持率为73.68％，具有良好的倍率性能。将该材料组装成对称电容器，在10mAcm-2的电流密度下，经历10000个循环之后，电容仅损耗6.8％，表现出良好的循环稳定性。 （2）采用电泳法在EOCC碳布表面形成具有新型纳米片结构的Ti3C2Tx(EPD)/EOCC复合电极材料。该材料在1mAcm-2的电流密度下可提供1065.6mFcm-2的高面积比电容，并具有良好的倍率能力，当电流密度增加10倍时，电容保持率为65.59％。将这种材料组装成对称电容器时，在12mAcm-2的电流密度下，经历10000个连续循环之后，电容保持其初始值的98.4％。因此，使用电泳法将Ti3C2TxMXene纳米片在碳布表面修饰，极大的增加了电极材料表面的活性位点，使材料具备更高的面积比电容和循环稳定性。 （3）将碳布表面包覆PDA颗粒，经碳化和混酸电化学氧化得到氮掺杂的超亲水碳布（ENCC），使用电泳法在氮掺杂碳布表面沉积Ti3C2TxMXene纳米片得到Ti3C2Tx(EPD)/ENCC复合电极。该复合电极材料在1mAcm-2的电流密度下显示出2080.1mFcm-2的高面积比电容。组装成对称电容器后，在20mAcm-2的电流密度下，经历10000个循环，电容仍然具有其原始值的91％。经过筛选最佳实验条件发现，碳布表面的氮掺杂碳层，保护了商业碳布原本的机械柔韧性的同时提高了基底材料的电容性能，采用更小的电泳沉积电压，更易与Ti3C2TxMXene纳米片进行结合，得到性能更优的材料。
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