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纳微结构MXene(Ti2C/Ti3C2)材料的可控制备与储锂性能基础研究
结题报告
批准号:
51572300
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
郑俊超
依托单位:
学科分类:
E0207.无机非金属半导体与信息功能材料
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
童汇、张佳峰、明磊、韩亚东、袁新波、朱玉时
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中文摘要
MXenes(M为过渡金属元素Ti、V、 Cr、 Ta、Nb、Zr、 Mo、 Hf,X为C或N)是一类新型二维纳米层状结构材料,结构与石墨烯类似,且具有优异的电子和离子传输性能,在锂离子电池中表现出巨大的应用前景。本项目以质量较轻的Ti2C和Ti3C2为研究对象,提出设计兼具微米和纳米粒子特性的“纳微结构”,以Ti2AlC和Ti3AlC2为基体,通过“化学刻蚀-机械剥离-水热自组装”合成出由Ti2C或Ti3C2纳米片构成微米球的“纳微结构”材料。重点研究制备过程反应机理,建立制备过程对微观结构的作用机制;解明材料的复杂结构特点,剖析电化学性能,得到材料结构与性能的“构效关系”。通过研究电极过程动力学及带电粒子传输性能,阐明新型纳微结构材料Ti2C和Ti3C2的储锂机理,为研究新型锂离子电池负极材料提供相关技术原型和理论参考。
英文摘要
The layered ternary carbides and nitrides named “MXenes”(M=Ti, V, Cr, Ta, Nb, Zr, Mo, Hf, X=C, N) are kinds of two dimensional materials. The novel structure is similar with graphene material. It has exhibited great potential in a variety of applications especially in electrode materials due to their unique combination of metallic and ceramic properties. Ti2C and Ti3C2 with a special nano-micro structure is designed, and it is synthesized through a “chemical etching-mechanical exfoliation-hydrothermal self-assembly” method by using Ti2AlC and Ti3AlC2 as raw material. The reaction mechanism, structure characteristics, microstructure control, electrochemical performance and Li+ storage mechanism are going to be studied. This research will clarify the reaction mechanism, the relationship between structure properties and the electrochemical performance, and to acquire the Li+ storage performances and the mechanism of kinetics of Li+ extraction/insertion process.
商用石墨负极材料由于容量较低,已无法满足日益增长的市场需求。硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、钒(V)等元素及其化合物由于其高比容量,被寄予厚望。MXenes(M为过渡金属元素Ti、V、Cr、Ta、Nb、Zr、Mo、Hf,X为C或N)作为一类新型类石墨烯二维层状结构材料,由于具有优异的电子和离子传输性能,在电化学储能领域表现出巨大的应用前景。本项目以Ti3AlC2为基体材料,通过“化学刻蚀-机械剥离-液相自组装”合成出了多层和单层Ti3C2纳米片,研究了合成过程机理,剖析了其独特的二维结构。研究结果表明:采用HF酸刻蚀MAX相材料更易制得大层间距的多层MXene材料,利于提供大的层间表面空间,以负载高容量纳米材料;采用HCl+LiF更易从表面剥离稳定的单层或少层的MXene纳米片。将制得的Ti3C2纳米片与硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、钒(V)纳米颗粒及其氧化物进行复合,设计出了兼具微米和纳米粒子特性的“纳微结构”复合负极材料,并对其电化学性能进行了研究,结果表明:制备的Ti3C2Tx/Sn/SnOx复合材料在50mAg-1电流密度下循环200圈后仍能保持594.2mAhg-1的放电比容量;Ti3C2/GeOX复合材料在5C倍率放电时,放电容量仍高达724mAhg-1。本研究结果将为MXENE材料在锂/钠离子电池中的应用提供相关理论参考和技术原型。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1021/acs.inorgchem.9b03784
发表时间:2020-03
期刊:Inorganic chemistry
影响因子:4.6
作者:Sheng-chao Song;Ding-chuan Zuo;Chang-sheng An;Xia-hui Zhang;Jin-hui Li;Zhen He;Yun-jiao Li;
通讯作者:Sheng-chao Song;Ding-chuan Zuo;Chang-sheng An;Xia-hui Zhang;Jin-hui Li;Zhen He;Yun-jiao Li;
V2O3/rGO composite as a potential anode material for lithium ion batteries
V2O3/rGO复合材料作为锂离子电池的潜在负极材料
DOI:10.1016/j.ceramint.2018.05.134
发表时间:2018-09-01
期刊:CERAMICS INTERNATIONAL
影响因子:5.2
作者:Xiao, Bin;Zhang, Bao;Zheng, Jun-chao
通讯作者:Zheng, Jun-chao
DOI:10.1021/acscatal.9b02305
发表时间:2019-07
期刊:ACS Catalysis
影响因子:12.9
作者:Minghao Sun;Jiapeng Ji;Mingyu Hu;Mouyi Weng;Yaping Zhang;Haisheng Yu;Jiaying Tang;Jun‐chao Zheng-Jun‐chao
通讯作者:Minghao Sun;Jiapeng Ji;Mingyu Hu;Mouyi Weng;Yaping Zhang;Haisheng Yu;Jiaying Tang;Jun‐chao Zheng-Jun‐chao
DOI:10.1016/j.ceramint.2018.05.056
发表时间:2018-08
期刊:Ceramics International
影响因子:5.2
作者:Linbo Tang;X. Bin;Chang-sheng An;Hui Li;Zhenjiang He;Jun‐chao Zheng
通讯作者:Linbo Tang;X. Bin;Chang-sheng An;Hui Li;Zhenjiang He;Jun‐chao Zheng
V2(PO4)O encapsulated into crumpled nitrogen-doped graphene as a high-performance anode material for sodium-ion batteries
V2(PO4)O封装在皱褶氮掺杂石墨烯中作为钠离子电池的高性能负极材料
DOI:10.1016/j.electacta.2019.03.133
发表时间:2019-05
期刊:Electrochimica Acta
影响因子:6.6
作者:Bin Xiao;Wen-hai Zhang;Peng-bo Wang;Lin-bo Tang;Chang-sheng An;Zhen-jiang He;Hui Tong;Jun-chao Zheng;Bo Wang
通讯作者:Bo Wang
新型钠离子电池正极材料Nax[(MO)2(HPO4)y(C2O4)z]的分子剪裁与储钠机理
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    54万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    郑俊超
  • 依托单位:
有色金属材料化冶金及电化学储能
  • 批准号:
    2020JJ2048
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    郑俊超
  • 依托单位:
表面结构诱导构建高稳定富镍正极材料及性能基础研究
  • 批准号:
    51974368
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    郑俊超
  • 依托单位:
高性能锂离子电池复相正极材料xLi2MnO3・(1-x)LiMO2@LiMPO4(M=Fe、V)的结构设计及性能调控基础研究
  • 批准号:
    51774333
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    郑俊超
  • 依托单位:
"嫁接"型正极材料xLiFePO4·yLi3V2(PO4)3·(1-x-y)LiVPO4F合成设计及结构性能调控基础研究
  • 批准号:
    51302324
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    郑俊超
  • 依托单位:
国内基金
海外基金