MXenes作为一种新型二维材料,以高表面积、优异的物理性质,在能量储存和转化领域展现出广阔的应用前景。其中Ti3C2TX是迄今为止研究最广泛的MXene。但MXenes薄片之间的导电性差和片层堆叠严重阻碍了其电容的最大化。此外纯Ti3C2TX的电容值有限,将Ti3C2TX与其它材料复合被认为是一种有效提高储能的策略。基于以上考虑,本论文制备了三种Ti3C2TX复合材料,并将其作为超级电容器电极材料探究其化学性能。(1)为解决铝层完全除去后Ti3C2TX片层堆叠的问题,并进一步提高其比表面积,采用低温氢氧化钠刻蚀Ti3AlC2部分保留其中铝层。通过优化碱刻蚀的时间,获得了具有最优的电化学性能的Ti3C2TX@Al-NaOH-36。在1 MH2S04电解液中,该材料在电流密度为1 A g-1时具有587 F g-1的高比电容值,在电流密度为20Ag-1时经过6000次循环测试后,电容保持率为85.3%。此方法规避了含F试剂的使用,并且合理保留了铝层,抑制了 Ti3C2TX片层的重新堆叠。此外,碱刻蚀使Ti3C2TX@Al材料表面变得粗糙,提供了更大的比表面积和更多的活性位点,使Ti3C2TX@Al-NaOH-36得电化学性能显著提高。(2)为了解决工作一中的复合材料的局限性,多层Ti3C2TX与导电聚合物聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)通过简单的原位聚合方法合成了 Ti3C2TX@PEDOT复合材料。其中,PEDOT组分有效解决了 Ti3C2片层堆积的问题,并进一步提高了 Ti3C2TX的比表面积。此外,PEDOT组分还提供了额外的赝电容,与原始的Ti3C2TX材料相比,优化复合质量比后得到Ti3C2TX@PEDOT(1:10)复合材料具有更高的电容(564 F g-1)和更高的倍率性能(51.4%)。该复合材料还表现出优异的循环性能,在10000次充放电循环后的电容保留率为96.5%。增强的电容和稳定性归因于Ti3C2TX的层间插入导电PEDOT而产生的协同效应,以及PEDOT和Ti3C2TX的表面氧化还原过程。同时,PEDOT作为支撑材料的作用避免了 Ti3C2TX的堆积,获得了优异的循环寿命。(3)随着现代社会的快速发展,对柔性储能设备的开发势在必行。少层甚至单层的Ti3C2TX纳米片被直接在高锰酸钾活化的碳布(CC)成膜,制备了新型HHK-CC@Ti3C2TX((HHK-CC=活性炭布,Tx=-F,=O或-OH)电极材料并组装成柔性固态电容器。负载量为3 mg cm-2时,制备的电极在1 mA cm-2的电流密度下具有1033 mF cm-2的高面电容。经高锰酸钾活化后的CC 比表面积增大,含氧官能团明显增加,亲水性显著增强。Ti3C2TX纳米片在高锰酸钾活化的碳布成膜后,提高了碳布的导电率、电子传输效率和离子扩散速度,从而使得HHK-CC@Ti3C2TX新型材料的电性能显著增强。此外,组装的对称固态电极保留了碳布的柔韧性和机械强度,在弯曲和变形的情况下,电容值无明显的变化。经过1000次循环后,电容保留率仍可达到94.2%,同时在能量密度为0.0045m Whcm-2时获得0.779 W cm-2的高功率密度。