金属氧化物负载MXenes纳米复合材料的合成与改性研究

Following the graphene, the two-dimensional MXenes has been one of the most attractive research topics in materials science due to its special structure and outstanding characteristics. In this work, ternary laminated ceramics powders (MAX) with various particle sizes will be synthesized by the the molten salt method. Then the novel nano two-dimensional MXenes, a similar structure as graphene, will be prepared by the selective etching of the A element from exfoliation of MAX phase ceramic in fluoride salt solution. And through design the different functions of ion solution, the metal oxide modified two-dimensional nano MXenes composite materials will be synthesized according to introducing metal ions in the etching liquid phases. The effects of initial MAX powders as well as etching characteristics on the synthesis of MXenes will be studied in detail. According to the modification principle of the graphene, the effects of nano metal oxide formed by heat treatment of metal ions on the structure and properties of as fabricated MXenes will be investigated in detail. This work will provide a safe and efficient method to fabricate the other similar two-dimensional MXenes nanomaterials, and provide some scientific and experimental references for further modification of these materials.

MXenes相材料因具有独特的二维纳米结构在离子电池等诸多方面具有广阔的应用前景，但难以合成及缺少修饰改性等缺点限制了其广泛应用。本项目拟采用低温熔盐法合成高纯度不同粒径系列纯相及固溶三元层状陶瓷粉体（Mn+1AXn），利用氟盐配制的溶液选择性的腐蚀、插层剥离去除其结构中的A原子层，以合成一种具有类石墨烯结构的新型二维纳米MXenes材料，并在剥离的同时引入相应金属离子经低温热处理合成金属氧化物负载的二维纳米MXenes复合材料。通过组成设计及工艺调控，研究晶粒尺寸、晶格结构以及不同腐蚀溶液对剥离三元层状陶瓷的影响规律，进而建立二维纳米MXenes材料的合成机理及动力学方程。揭示特定形貌纳米氧化物负载对MXenes相二维纳米材料结构和性能的影响规律，实现对其微观结构和性能进行调控。项目的实施将为同类MXenes材料的高效制备及其修饰改性提供新思路，为该类材料的应用奠定坚实的理论和实验基础。

MXenes相材料因具有独特的二维纳米结构在离子电池等诸多方面具有广阔的应用前景，但难以合成及缺少修饰改性等缺点限制了其广泛应用。本项目Ti-Al-C和Cr-Al-C为研究对象，采用低温熔盐法合成了高纯度不同粒径系列纯相及固溶三元层状陶瓷粉体（Ti3AlC2、Cr2AlC、(Ti,Nb)2AlC），利用不同氟化盐与酸性溶液配制含有金属离子的腐蚀溶液选择性的腐蚀、插层剥离去除其结构中的A原子层，以合成一种具有类石墨烯结构的新型二维纳米MXenes材料，并在剥离的同时引入相应金属离子经低温热处理合成金属氧化物负载的二维纳米MXenes复合材料。通过组成设计及工艺调控，研究晶粒尺寸、晶格结构以及不同腐蚀溶液对剥离三元层状陶瓷的影响规律，进而建立二维纳米MXenes材料的合成机理及动力学方程。利用所合成的氧化物负载MXenes纳米复合材料作为负极电极材料，组装相应的半电池，或组装成简易的超级电容器，通过测试循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗以及循环性能等，探索性能改善的机理，实现对其微观结构和性能进行调控。项目的实施将为同类MXenes材料的高效制备及其修饰改性提供新思路，为该类材料的应用奠定坚实的理论和实验基础。