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宏量制备层状Ti3C2及其超级电容的性能

458 编辑：中冶有色网来源：杨占鑫,吴琼,任奕桥,屈凯凯,张哲豪,仲为礼,范广宁,齐国超

2024-04-19 13:24:17

随着传统石化能源的减少，作为绿色能源的快速充放电超级电容器成为研究的热点[1,2] 研发超级电容器电极材料，是超级电容器研究的核心课题[3] 具有类石墨烯二维层状结构的MXene相材料，其导电性比石墨烯高得多 MXene相材料的导电通道促进了电荷的传输[4]，较大的比表面积为离子嵌入提供了大量电化学活性位点，有助于提高电极材料的电化学性能更为重要的是，MXene相材料的伪电容机制使超级电容器具有更大的比容量[5, 6] 同时，MXene相材料的层状剥离结构，使其在催化剂[7]、生物和化学传感器[8]、吸附[9]、锂离子[10]和钠离子电池[11]等领域有重要的应用 Naguib M、朱建峰和Wang等研究证实，作为MXene相材料典型代表的Ti3C2电极材料在储能领域有广阔的应用前景[12~14] 但是，关于宏量合成Ti3C2及其超级电容性能的研究鲜有报道其原因是，宏量生产的前驱体材料Ti3AlC2的结晶性不好，纯度较低作为传统粉末冶金方法的原位烧结技术，是一种适于大规模生产高纯度Ti3AlC2、成本低的工艺[15, 16] 目前合成Ti3C2的方法，主要有氢氟酸(HF)刻蚀[17]、盐酸(HCl)和氟盐混合溶液刻蚀[18]、氢氧化钠(NaOH)水热刻蚀[19]等 HF酸刻蚀的刻蚀能力强、工序简单，更容易剥离出层状分离结构的Ti3C2，且易于大规模生产本文采用原位烧结方法宏量合成高纯度前驱体Ti3AlC2并进行选择性刻蚀制备层状剥离Ti3C2材料，研究Ti3AlC2前驱体材料的宏量合成条件以及刻蚀时间对宏量合成Ti3C2的影响，并测试和分析Ti3AlC2电极和刻蚀Ti3C2电极的电化学性能 1 实验方法将钛粉、铝粉和石墨粉按3:(1+x):1.9，(x=0，0.1，0.2，0.3，0.4)的摩尔比称量，并在每个500 g样品中添加1 g锡粉以在反应过程中形成“熔池效应”，使各部分反应均匀[15] 在配制好的原料中加入适量的乙醇，然后将其放入球磨机中球磨将球磨后的混合粉末真空干燥后置于温度为1300~1550℃的真空烧结炉中原位烧结，得到Ti3AlC2粉体选取纯度最高的Ti3AlC2粉体作为前驱体原料，在每样50 g缓慢倒入HF酸(≥40%，质量分数)中磁力搅拌6~36 h，然后转移容器超声振动5 h，得到沉淀物将沉淀物抽滤后置于120℃真空干燥

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