毕业论文课题相关文献综述
一、历史背景
MXene是一种类石墨烯结构的新型二维过渡金属碳化物或碳氮化物，通过氟盐和盐酸或氢氟酸刻蚀前驱体 ＭＡＸ 相中的活泼金属元素得到[1]，其化学通式为Ｍｎ＋１ＸｎＴ（ｎ＝１，２，３），Ｔ 表示表面所附着的官能团（－Ｈ、－Ｆ或－ＯＨ）。得益于其表面的官能团，MXene在储能方面应用较为广泛。通过与其他电极材料杂化以综合两种材料的优点，增加材料的导电性，提高离子传输效率，以优化复合材料在电化学方面的应用。综述了以SnO2/Ti3Ｃ２为代表的 MXene的制备方法、理论研究以及在锂电池电极材料上的应用，作为锂电池复合材料，其具有高导电率、低工作电压、低电子扩散能垒等特性，从而表现出极好的倍率特性和循环稳定性。
二、研究历史和现状
随着能源的消耗以及高能源利用率的提高，社会对储能器件的要求也是越来越高。在众多储能器件中，二次电池无疑是佼佼者。然而，二次电池的功率密度低、寿命短等缺点限制了二次电池的发展，因此，电极材料的开发和应用是解决这些问题与瓶颈的关键。其中，２０１１年问世于Barsoum教授和Gogotsi教授［2］团队的新型二维材料ＭＸｅｎｅ在储能领域，尤其是在二次电池应用方面［3、4］大有领先之势。而MXene基材料在锂电池领域展现出很大的发展潜力,MXene问世短短７年来，研究与开发进展迅速,在某些地方，其性能表现已经超过发展近１５年的石墨烯。
对于另外的锂电池材料金属氧化物具有很好的性能，在各种金属氧化物中，SnO2由于其相对较高的理论容量（790m Ahg-1，比普通使用的石墨高出一倍），低平均工作电位，自然丰富和低价格，引起了人们的广泛关注[5]。不幸的是，在充放电过程中，它作为阳极材料在LIBS中的实际应用受到严重的体积变化导致的循环稳定性差的严重限制。同时，SnO2还具有较低的导电性，导致速率能力差。通常为了改进SnO2的性能，是将SnO2与各种碳材料结合起来。作为研究最广泛的MXenes之一，Ti3C2与其他金属氧化物杂化的优点也体现了出来。MXene/金属氧化物杂化可以达到高容量、稳定的循环和良好的速率性能[6]。最近的一些工作表明一种良好的衬底Ti3C2MXene可以提高SnO2的储锂性能,湿水热法制备的SnO2与Ti3C2MXene的杂化物具有1021m Ahg-1的高容量,改进的环化性能以及很好的稳定性[7]。因此SnO2/Ti3C2MXene是一种很好的锂电池电极材料。
三、材料的特性
MXene含有碳层，因而具有类似石墨烯的性质，且其有过渡金属层，可表现出类似过渡金属氧化物的性能［8］，前者使其具有良好的导电性，而后者赋予其良好的储能性能（赝电容的性质）。作为锂离子电池负极时，MXene具有高导电率、低工作电压、低电子扩散能垒等特性，从而表现出极好的倍率特性和循环稳定性[9]。纯MXene作为锂离子电池负极时，其储锂容量低于商用活性炭（372ｍＡｈｇ－１），且首次循环库伦效率偏低。这是由于MXene层间塌缩和堆垛［10］使MXene的比表面积降低、层间电阻率大幅增加所致。此外，MXene表面官能团会消耗部分锂离子，导致其电化学性能表现不佳［11］。
然而，因MXene具有高导电性，将MXene与其他材料复合所得的电池材料性能有大幅提升。例如，MoS2／Ti3C2－MXene复合材料在0.2Ａg－１下容量可达1200ｍＡhg－１，在２０Ａｇ－１下循环３０００次后容量保持500mAｈｇ－１［12］，可比肩石墨烯基复合材料。值得指出的是，由于MXene密度高，当换算成体积储锂容量后，MXene及其复合材料的容量值会有较大提升。MXene具有较高的电导率，可以显著改善复合材料的导电性，并在充放电过程中起到缓冲金属氧化物体积膨胀的作用。另外，在MXene抑制金属氧化物纳米颗粒团聚的同时，金属氧化物纳米颗粒又能阻止MXene片层的堆叠，从而有效防止活性区域的丧失，使得复合材料表现出优异的电化学性能。下表是 SnO2/Ti3C2MXene 作为二次电池电极的性能。
四、材料的制作方法
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