超值优惠券
¥50
满100可用 有效期2天

全场图书通用（淘书团除外）

 
不再提示
关闭
图书盲袋，以书为“药”
26周年店庆|每满88减40，到手低至1元
欢迎光临中图网 请 | 注册
搜索
搜索全部
  • 搜索全部
  • 书名
  • 作者
  • 出版社
  • ISBN
高级搜索
我身体里的人造星星乡间的日常情感勒索神秘的黑猫
  • 合成诗经
  • 新人领礼券
  • 新用户注册领10元
中图网
>
工业技术
>
一般工业技术
MXene材料(制备性质与储能应用)
分享

MXene材料(制备性质与储能应用)

作者：徐斌
出版社：科学出版社出版时间：2022-06-01
开本： 16开 页数： 347
本类榜单：工业技术销量榜
中 图 价:¥119.3(7.1折) 定价  ¥168.0 登录后可看到会员价
加入购物车 收藏
运费6元，满39元免运费
?新疆、西藏除外
本类五星书更多>
中图价:¥119.3 加入购物车
洞明世事，从读书开始 淘书团

MXene材料(制备性质与储能应用) 版权信息

  • ISBN：9787030720672
  • 条形码：9787030720672 ; 978-7-03-072067-2
  • 装帧：一般胶版纸
  • 册数：暂无
  • 重量：暂无
  • 所属分类：
    工业技术
    >
    一般工业技术

MXene材料(制备性质与储能应用) 内容简介

MXene材料发现于2011年，是继石墨烯之后*受关注的二维纳米材料之一，近年来发展迅速，已成为材料、能源、催化、环保、传感等诸多领域研究的前沿热点。本书系统地介绍了MXene材料的各种刻蚀和剥离方法，分析了MXene材料的组成、结构及其在电、磁、光、热、机械等方面的基本性质，重点梳理了MXene材料在不错电容器、锂/钠/钾离子电池、锂硫电池和水系锌离子电池等优选电化学储能体系中的应用方式和性能特点，并探讨了MXene材料作为多功能导电黏结剂在电极成型中的应用。本书汇集了国内外研究者在MXene材料及其电化学储能领域的近期新研究成果，并结合作者的研究对其发展方向和趋势进行了分析和展望。全书共8章，包括MXene材料概述、MXene材料的制备、MXene材料的结构与性质、MXene在不错电容器中的应用、MXene在碱金属离子电池中的应用、MXene在锂硫电池中的应用、MXene在水系锌离子电池中的应用和MXene多功能导电黏结剂在电极成型中的应用。 本书深入浅出，适合从事纳米材料和储能技术研发的科研人员以及高等院校相关专业师生阅读和参考。

MXene材料(制备性质与储能应用) 目录

目录
序
前言
第1章　MXene材料概述　1　
1.1　MXene材料简介　1　
1.2　MXene材料的制备方法　4　
1.3　MXene材料的性质　6　
1.4　MXene材料的应用　8　
1.4.1　MXene在储能领域的应用　9　
1.4.2　MXene在催化领域的应用　11　
1.4.3　MXene在传感领域的应用　12　
1.4.4　MXene在电磁屏蔽领域的应用　13　
1.4.5　MXene在吸附领域的应用　13　
1.4.6　MXene在储氢领域的应用　14　
1.4.7　MXene在生物医疗领域的应用　14　
1.5　总结与展望　15　
参考文献　15　
第2章　MXene材料的制备　23　
2.1　引言　23　
2.2　含氟刻蚀法　25　
2.2.1　HF刻蚀法　25　
2.2.2　原位形成HF刻蚀法　29　
2.2.3　含氟熔融盐刻蚀法　32　
2.3　无氟刻蚀法　33　
2.3.1　电化学刻蚀法　33　
2.3.2　碱刻蚀法　34　
2.3.3　路易斯酸熔融盐刻蚀法　35　
2.3.4　其他无氟刻蚀法　39　
2.4　多片层MXene的插层与剥离　42　
2.4.1　有机物插层剥离　42　
2.4.2　无机物插层剥离　43　
2.4.3　机械剥离　44　
2.5　MXene的规模制备　45　
2.6　MXene的氧化机制和稳定存储　48　
2.6.1　MXene的氧化机制　48　
2.6.2　储存条件　49　
2.6.3　抗氧化剂　51　
2.6.4　其他方法　51　
2.7　总结与展望　52　
参考文献　53　
第3章　MXene材料的结构与性质　60　
3.1　结构　60　
3.1.1　前驱体的结构　60　
3.1.2　MXene的结构　65　
3.2　性质　71　
3.2.1　电学性质　71　
3.2.2　磁学性质　76　
3.2.3　机械性质　80　
3.2.4　光学性质　83　
3.2.5　其他性质　84　
3.3　总结与展望　86　
参考文献　87　
第4章　MXene在超级电容器中的应用　92　
4.1　引言　92　
4.2　MXene用于超级电容器的优势　93　
4.3　MXene作为超级电容器的电极材料　95　
4.3.1　不同种类MXene的电容性能　96　
4.3.2　结构和形貌调控　99　
4.3.3　化学修饰　120　
4.4　MXene基复合电极材料　124　
4.4.1　MXene/金属化合物复合材料　125　
4.4.2　MXene/导电聚合物复合材料　129　
4.5　MXene在不同电解液中的电容储能机理　131　
4.5.1　MXene在水系电解液中的储能机理　131　
4.5.2　MXene在非水电解液中的储能机理　136　
4.6　MXene基混合超级电容器　138　
4.6.1　MXene基水系混合电容器　139　
4.6.2　MXene基非水系混合电容器　141
4.7　MXene基柔性超级电容器　143　
4.7.1　基于MXene膜电极的柔性超级电容器　144　
4.7.2　基于MXene纤维电极的柔性超级电容器　146　
4.8　MXene基微型超级电容器　149　
4.8.1　切图法制备MXene基微型超级电容器　149　
4.8.2　印刷法制备MXene基微型超级电容器　152　
4.9　总结与展望　156
参考文献　158　
第5章　MXene在碱金属离子电池中的应用　173　
5.1　引言　173　
5.2　碱金属离子电池简介　175　
5.2.1　锂离子电池　175　
5.2.2　钠/钾离子电池　178　
5.3　MXene在碱金属离子电池中的应用　179　
5.4　MXene直接用作碱金属离子电池负极材料　180　
5.4.1　层间距调控　183　
5.4.2　层间插入间隔物　186　
5.4.3　构筑三维结构　189　
5.4.4　其他　196　
5.5　MXene基复合材料用于碱金属离子电池　196　
5.5.1　MXene基复合材料的构筑方法　197　
5.5.2　碱金属离子电池用MXene基复合材料　210　
5.6　总结与展望　244　
参考文献　245
第6章　MXene在锂硫电池中的应用　256　
6.1　引言　256　
6.2　锂硫电池简介　257　
6.2.1　锂硫电池的工作原理　257　
6.2.2　锂硫电池存在的问题　259　
6.2.3　锂硫电池的研究进展　260　
6.3　MXene在锂硫电池中的应用　266　
6.4　MXene基材料用于锂硫电池　267　
6.4.1　MXene基硫正极　267　
6.4.2　MXene基锂硫电池中间层　285　
6.4.3　MXene基金属锂负极　288　
6.5　总结与展望　292　
参考文献　293
第7章　MXene在水系锌离子电池中的应用　304　
7.1　引言　304　
7.2　水系锌离子电池简介　305　
7.2.1　正极材料　305　
7.2.2　负极材料　309　
7.2.3　电解液　310　
7.3　MXene在水系锌离子电池中的应用优势　311　
7.4　MXene基材料用于水系锌离子电池　312　
7.4.1　MXene基水系锌离子电池正极　312　
7.4.2　MXene用于水系锌离子电池负极　319　
7.4.3　MXene用于水系锌离子电池电解液　322　
7.5　总结与展望　324　
参考文献　325
第8章　MXene多功能导电黏结剂在电极成型中的应用　330　
8.1　引言　330　
8.2　MXene多功能导电黏结剂在超级电容器中的应用　331　
8.3　MXene多功能导电黏结剂在二次电池中的应用　334　
8.3.1　锂离子电池硅负极　334　
8.3.2　钠/钾离子电池碳负极　336　
8.3.3　钠离子电池金属化合物负极　339　
8.3.4　锂硫电池硫正极　341　
8.4　总结与展望　343
参考文献　344　
展开全部

MXene材料(制备性质与储能应用) 节选

第1章　MXene材料概述 1.1MXene材料简介 2004年，英国曼彻斯特大学物理学家Andre Geim与其同事Konstantin Novoselov首次从高定向热解石墨中成功分离出单层石墨片——石墨烯，用事实证明二维材料可在常温常压下稳定存在。可以说，石墨烯的发现敲开了二维材料世界的大门[1，2]。二维材料的超薄原子层结构和超大横纵尺寸比赋予了其在电学、磁学、力学、热学、光学、催化等方面的许多优异可调的特性[3，4]，使其迅速成为一类极其重要的材料体系。围绕二维材料的研究工作也成为纳米材料研究中的重要组成部分。继石墨烯之后，层状双金属氢氧化物(LDH)、过渡金属硫族化合物(MoS2、MoSe2、MoTe2、WS2、WSe2、ReS2、TaS2等)、石墨相氮化碳(g-C3N4)、六方氮化硼(h-BN)、石墨炔、磷烯、金属有机框架(MOF)材料、共价有机框架(COF)材料等一系列具有二维结构的物质陆续被发现[5，6]，二维材料家族成员得到迅速扩大。 2011年，美国德雷塞尔大学YuryGogotsi教授和MichelW.Barsoum教授等报道了一种从三元层状陶瓷MAX相中选择性刻蚀去除A层原子得到的新型二维材料，也就是现在被称为“MXene”的材料[7]。**个被刻蚀出来的MXene种类是Ti3C2Tx，随着研究的进行，MXene已经成为二维过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物这一类材料的总称[8，9]。在二维材料的大家族中，MXene以其组成的多样性、性能的可调性和应用的广泛性，成为继石墨烯之后二维材料家族中一颗冉冉升起的新星，是当前国内外研究的热点，并得到了能源、催化、吸附分离、传感探测、电磁屏蔽等诸多领域研究人员的广泛关注。图1-1为在WebofScience以“MXene”为关键词检索的有关MXene的学术论文年发表数量趋势图。可以看出，有关MXene材料的论文年发表量近年来急剧攀升，2021年的论文发表数量已超2200篇，几乎是2019年的3倍，可见MXene材料正在受到越来越多的研究者的青睐。 谈及MXene材料，就不得不先了解其前驱体MAX相。MAX相是一类分子式为Mn+1AXn的三元层状化合物[8，10]，其中M代表前过渡金属元素(Sc、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo等)，A主要是ⅢA～ⅥA族元素(Al、Si、Ga等)，X代表碳或/和氮元素。根据n值的变化，MAX相主要可分为211相(M2AX)、312相(M3AX2)、413相(M4AX3)和514相(M5AX4)。MAX相的晶体结构可以看作由Mn+1Xn层与A原子层交替排列而成[11，12]，呈现出典型的层状材料特征。二维材料研究的兴起也让研究者们从MAX相的层状结构中看到了由其获得二维纳米片层的可能。由于石墨的层与层之间是依靠较弱的范德瓦耳斯力维系的，因此通过剥离石墨可以得到二维石墨烯纳米片，但MAX相的相邻层由共价键或金属键键合在一起，层间作用力相对较强，因此无法通过机械剥离法得到二维材料。 MXene材料的发现，源于对MAX相储锂性能的探索。YuryGogotsi教授认为具有硅层且导电性良好的MAX相Ti3SiC2可能是一种优异的锂离子电池负极材料，并对该材料展开了研究。但与石墨层间由较弱的范德瓦耳斯力相连不同，MAX相层间由共价键或金属键连接，结合紧密，这使得锂离子在其层间的脱嵌很困难，嵌锂容量也很小。为了在MAX相中引入孔隙来为锂离子的嵌入提供通道，Yury Gogotsi教授和合作者们尝试了一系列可能的刻蚀剂，包括氟气、氟化氢气体和一些熔融盐，但结果并不理想，只是得到了一些立方相结构。 直到2011年，Yury Gogotsi教授的学生MichaelNaguib把另一种MAX相材料——Ti3AlC2放进氢氟酸中，才为二维材料世界推开了一扇新的大门。MAX相中间层的Al原子被氢氟酸溶解掉，剩下了层状的Ti3C2，这种材料能稳定存在并具有金属性[7]。Yury Gogotsi教授等将这种新型二维层状材料命名为MXene，既体现出其来源于MAX相，又突出其具有类石墨烯的二维片层结构的特征。 进一步的研究发现，A原子层的刻蚀伴随着多种端基与M层原子的结合，即MXene表面带有丰富的表面端基，这些端基的种类与刻蚀环境有关，如在*早用氢氟酸溶液刻蚀Ti3AlC2得到的Ti3C2表面，具有—OH、—O和—F三种端基，化学式为Ti3C2Tx(T=—OH、—O、—F)。在Ti3C2Tx被发现后，以氢氟酸为刻蚀剂相继实现了多种A层原子为Al的MAX相的刻蚀，制得了相应的MXene材料[13]。由于MXene的原子结构和化学计量与对应的MAX相前驱体一致，因此MXene的化学式可表示为Mn+1XnTx。随着对刻蚀方法研究的不断深入，可刻蚀的MAX相种类也不断扩大，带动了二维MXene材料家族不断发展壮大。一些特殊的MAX相结构，如面外有序MAX相(o-MAX)[14，15]和面内有序MAX相(i-MAX)[16，17]、中熵[18]和高熵MAX相[19，20]以及非MAX相[21，22]，都被报道可用作前驱体来刻蚀制备相应的MXene材料。前驱体范围的扩展不仅可以降低一些高形成能MXene的合成难度，还能够得到特殊结构的MXene。例如，i-MAX相作为前驱体时，能获得面内有序空位MXene[23，24]；高熵MAX相作为前驱体时，能获得晶格畸变的MXene。这些特殊结构也给MXene的应用开辟了更广阔的空间。图1-2为目前理论预测或实际获得的MXene的种类与结构示意图[25]。 图1-2MXene的种类与结构示意图[25] 1.2MXene材料的制备方法 尽管MAX相种类繁多，理论预测有100余种，但并非所有MAX相都能用氢氟酸或其他刻蚀剂刻蚀，因此实际获得的MXene种类数量远少于理论预测值。截至2021年，通过实验制备出的MXene材料已有40余种[25]。“自上而下”合成是制备MXene的主流路线，图1-3为MXene制备方法的发展时间轴[26]。从前驱体MAX相到获得MXene纳米片一般需要经历从MAX相刻蚀去除A原子层和对多片层MXene进行插层剥离两个步骤。大多数刻蚀方法都离不开F.的存在，*早被报道的刻蚀法就是HF刻蚀法，可用于刻蚀大多数A原子层为Al的MAX相。其原理为HF中的F.与Al原子反应生成AlF3，从而使M—Al键断开，Al原子层被选择性刻蚀除去，而M—X层则不受影响。刻蚀过程中伴随着H2的生成和逸出，MAX相的层状块体结构逐渐转变为由大量二维MXene片层通过范德瓦耳斯力堆叠而成的蓬松的“手风琴”结构，即多片层MXene。使用的HF浓度越高，反应越剧烈，“手风琴”形貌越显著。HF刻蚀所得的多片层MXene经过二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide，DMSO)等插层剂的插层可以减弱其层间范德瓦耳斯力，再经超声处理即可被剥离为单层MXene纳米片。该法的优势在于反应温度较低、刻蚀时间较短，而不足之处在于只能刻蚀部分A原子层为Al的MAX相，且HF的毒性和高腐蚀性也限制了其发展。目前由该法刻蚀获得的MXene种类主要有Ti3C2Tx[27-30]、V2CTx[31]、Nb2CTx[31]、Ta4C3Tx[13]、Ti3CNTx[13]等。 图1-3MXene制备方法的发展时间轴[26] 由于HF的强腐蚀性、高危险性和非环境友好性，发展其他刻蚀方法成为研究者们的必然选择。原位形成HF刻蚀法是一种改进的刻蚀方法，将含氟盐(LiF、NaF、KF等)和酸(HCl、H2SO4等)混合作为刻蚀剂，避免了高腐蚀性HF的直接使用，更重要的是，该法中的LiF/HCl刻蚀体系能够在刻蚀后直接通过手摇法或温和的超声处理将手风琴状MXene剥离为单层MXene纳米片。由于无需额外的插层步骤，MXene纳米片的制备流程大大简化，该法成为目前应用*为广泛的刻蚀方法。但是，与HF刻蚀法类似，原位形成HF刻蚀法的适用范围也局限于A原子层为Al原子的MAX相。目前由该法刻蚀制备获得的MXene主要有Ti2CTx[32-34]、Ti3C2Tx[33，35-37]、Ti2NTx[38]、Ti3CNTx[39]、Mo2CTx[40]和V2CTx[41]等。 在进一步向无氟化刻蚀发展的过程中，碱刻蚀法和电化学刻蚀法也相继被报道[42-45]。碱刻蚀法可以获得表面只有含氧端基、无卤素端基的MXene，但浓碱和高温条件使操作不便，具有危险性。目前利用碱刻蚀法得到的MXene只有Ti3C2Tx。电化学刻蚀法是在双电极或三电极体系中，将待刻蚀的MAX相块体作为工作电极，利用阳极氧化过程将其刻蚀[46-48]。该法的优势是绿色、安全，但产率较低，且生成的副产物碳化物衍生碳难以与产物分离。目前报道的可由电化学刻蚀法获得的MXene有Ti3C2Tx、Ti2CTx、V2CTx和Cr2CTx等。 有别于上述液相刻蚀法，熔融盐刻蚀法一般具有更强的刻蚀能力。2020年报道的路易斯酸熔融盐刻蚀法，对不同的MAX相具有较好的普适性，且无须使用含氟刻蚀剂[49]。该法基于氧化还原电位的机理，利用较高氧化还原电位的路易斯酸盐在熔融态下对具有较低氧化还原电位的A层原子进行刻蚀，因此该法对A层原子为Al、Ga、Si、Zn等的MAX相都有效。更为重要的是，该法可以通过改变路易斯酸盐的种类来改变MXene的表面端基，为研究人员自由调控MXene的表面端基提供了可能[50]。 除了发展新的刻蚀方法外，拓展前驱体的种类也是一个重要的思路。MAX相的种类在近年来不断扩大，除了经典的Mn+1AXn外，还发展出了多种新型MAX相。这些新型MAX相的特点是包含不止一种M元素，由两种或多种M元素呈现层间有序排列(面外有序MAX相，即o-MAX相)[14，15]、层内有序排列(面内有序MAX相，即i-MAX相)[16，17]或者无规则排列(固溶体MAX相)[19，20]。对这些新型MAX相的成功刻蚀，使可合成的MXene种类也随之增加，如o-MXene、i-MXene、高熵MXene等。这些新型MXene的出现也为MXene材料的性能调控提供了更大的空间，如i-MXene相面内通常具有有序的空位，高熵MXene常常伴随着晶格畸变。此外，一些非MAX相结构[Hf3(AlSi)4C6、Mo2Ga2C等][21，22]也被用作前驱体，通过选择性刻蚀中间层得到MXene。非MAX相的使用可以扩大刻蚀剂的使用范围，如HF无法刻蚀中间层非Al的MAX相，但却可以刻蚀掉Hf3(AlSi)4C6的[Al(Si)]-C亚层，得到Hf3C2Tx。 由于多数刻蚀方法制备的MXene材料均为多片层的手风琴状结构，要得到单片层的MXene纳米片还需要对制备的多片层MXene进行插层剥离处理。DMSO是首*被发现可以插入MXene层间实现其片层剥离的插层剂[51]，但DMSO只适用于对Ti3C2Tx的插层剥离。四丁基氢氧化铵(TBAOH)、四甲基氢氧化铵(TMAOH)等大分子有机碱是普适性更强的插层剂[52，53]。目前对插层剂的研究多集中于对液相刻蚀法制备的多片层MXene进行剥离，对熔融盐刻蚀法获得的多片层MXene进行插层剥离的报道还较少。Patrice Simon等[54]采用TBAOH和TMAOH对熔融CuCl2刻蚀出的Ti3C2Tx进行了剥离，剥离后的MXene纳米片可以稳定地分散在水溶液中，但受限于熔融盐法产物较差的亲水性，剥离后的MXene经抽滤制得的MXene膜柔性较差，容易破碎。 采用“自下而上”的方法制备MXene也有报道，如采用化学气相沉积(CVD)法[55]、离子溅射法[56]等。这类方法的优势在于能够得到缺陷少、无表面端基的单层MXene，但因存在产率低、对设备要求高等问题，目前研究相对较少。 1.3MXene材料的性质

MXene材料(制备性质与储能应用) 作者简介

徐斌，北京化工大学教授、博士生导师，中国不错电容产业联盟副秘书长、材料电化学过程与技术北京市重点实验室副主任、Nano-Micro Letters编委，曾任国家863计划项目首席专家、第二届靠前二维过渡金属碳化物（MXenes）学术研讨会大会主席。2006年博士毕业于北京理工大学（导师吴锋教授），2016～2017年在美国德雷塞尔大学访学。主要从事优选化学电源、碳基和二维MXene基能源材料的研究与开发。在Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials等靠前重要学术期刊发表论文130余篇；以发明人申请国家发明40余件，已获授权22件；获省部级科技进步奖二等奖2项和全国很好博士学位论文提名。

商品评论(0条)
写书评 赚书币
暂无评论……
书友推荐
本类畅销
编辑推荐
返回顶部
新手上路
新用户指引
注册用户 更改注册信息
购物常见问题
关于特价书的常见问题
购买问题
订单跟踪
付款方式
账户余额  申请提现
配送方式及费用、范围
集团购买
售后服务
退换货流程
投诉与建议
特色服务
会员等级与书币
中图网书馨卡
邀请好友购买返10元礼包
其他信息
本站简介
联系我们
招聘英才
网站联盟
友情链接
微信公众号
中图网微信
中图网微博
中图网微博
手机中图网
手机中图网
中图网
诚信认证 电子商务诚信单位认证

京ICP备09013606号-3京信市监发[2002]122号海淀公安分局备案编号：1101083394

营业执照出版物经营许可证 京出发京批字第直110071

在线客服