新型二維碳化物晶體MXene的儲能研究.pdf

1、新型高性能儲能材料的設(shè)計、合成與應(yīng)用研究被視為解決當今世界能源和環(huán)境問題的重要課題。MXene是一類新型的二維過渡金屬碳化物，經(jīng)過短短四年的研究，成為一種極具潛力的新型儲能材料并引起廣泛關(guān)注。
　　首先，本論文利用第一性原理研究了24種 MXene的電子結(jié)構(gòu)和形成能。結(jié)果表明：表面裸露的MXene均具有導(dǎo)電性能，選擇A金屬活性高的MAX相較易于刻蝕制備相應(yīng)的MXene。
　　其次，利用第一性原理研究了Ti2C的儲氫性能。結(jié)果

2、表明：Ti2C的儲氫方式分為三類：化學吸附（1.7 wt％）、Kubas吸附（3.4 wt%）和物理吸附（3.4 wt%）儲氫。分子動力學模擬表明，在300-400 K，Kubas氫分子能夠可逆吸附和脫附。此外，Sc2C的儲氫也包含了物理吸附、Kubas吸附和化學吸附三種方式，理論儲氫量為9.0 wt.%。
　　再次，利用第一性原理研究了高鋰濃度下V2CO2的儲鋰性能，結(jié)果表明：（1）單層Li吸附時，隨著x增大，結(jié)構(gòu)H1H2-V2

3、CO2Lix向H1T-V2COLix轉(zhuǎn)變，并伴隨著一系列體積的變化。這種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的實質(zhì)，是高濃度鋰原子誘導(dǎo) V2C表面的氧原子重新排列。（2）多層Li吸附時，隨著鋰濃度增加，氧原子遷移到兩層鋰原子層之間，形成一個三明治吸附結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與Li2O單質(zhì)結(jié)構(gòu)非常相似。因此，此階段可能通過相轉(zhuǎn)變反應(yīng)生成V2C和Li2O。在插層和相轉(zhuǎn)變機制的共同作用下，V2CO2的理論比容量高達1470 mAh g-1。（3）根據(jù)是否發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，不同OMX（M