摘要
MOFs材料及其衍生物具有较高的理论比容量，是一类比较有前途的锂离子电池负极材料，但较低的电导率和循环体积膨胀阻碍了其实际应用。本文利用新型二维材料V2CTx MXene的高导电性和良好的电化学循环稳定性等优点，通过原位生长的方式将MOFs材料及其衍生物与V2CTx结合制备出MOFs及其衍生物/V2CTx复合材料，并将其应用于锂离子电池负极中，主要研究结果如下： (1)通过一种简单的水热法在V2CTx MXene上原位生长Co-MOF材料，可控合成了Co-MOF/V2CTx复合材料，并系统地研究了不同比例的Co-MOF对Co-MOF/V2CTx复合材料结构和电化学性能的影响。复合材料中Co-MOF提供了额外的比容量，使得Co-MOF/V2CTx电极材料保持了较高的比容量。此外，得益于MXene与Co-MOF之间的强键合作用，Co-MOF材料在复合材料中具有更好的结构稳定性，使得Co-MOF/V2CTx复合材料在充放电过程中表现出优异的循环稳定性。Co-MOF/V2CTx电极材料在100mAg-1电流密度下循环120圈后的放电比容量维持在483.4mAh g-1，且即使在500mA g-1较高的电流密度下循环300圈后也表现出较好的循环稳定性。本工作独特的协同设计可为MXene基复合材料在储能应用中的发展提供新的思路。 (2)通过在V2CTx MXene上原位生长ZIF-67材料，对ZIF-67/V2CTx中间体进行高温碳化和氧化处理，合成Co3O4@NGC/V2CTx复合材料，并研究不同比例的Co3O4对Co3O4@NGC/V2CTx复合材料结构和电化学性能的影响。将Co3O4@NGC/V2CTx复合材料用于锂离子电池负极，电极材料在100mAg-1电流密度下循环180圈后表现出700.9mAh g-1的高比容量，且在500mAg-1电流密度下循环600圈后的放电比容量仍然高达420.3mAh g-1。同时，循环过程中该电极材料的平均库伦效率始终保持在98%以上。这得益于复合材料中的Co3O4缓解了MXene的再堆积，扩充了锂离子活性位点，而MXene提高了复合材料的导电性，加快了锂离子的传输。该研究表明MOFs衍生物和MXene的协同作用可以有效改善锂离子电池负极的电化学性能。
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