【摘 要】
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化石燃料的消耗和环境的恶化有望通过可再生的新能源器件来缓解。超级电容器作为一种绿色清洁的能源储存装置,在能量储存和转化领域发挥着至关重要的作用,而决定超级电容器性能的关键是电极材料的选用。二维（2D）材料之一的过渡金属碳化物和氮化物（MXene）因其可调的微观结构、丰富的表面官能团、较高的化学活性和亲水性等优势有望作为高性能电极材料。但是,MXene材料易氧化、理论比容量较低,极易发生堆叠导致活性
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化石燃料的消耗和环境的恶化有望通过可再生的新能源器件来缓解。超级电容器作为一种绿色清洁的能源储存装置,在能量储存和转化领域发挥着至关重要的作用,而决定超级电容器性能的关键是电极材料的选用。二维（2D）材料之一的过渡金属碳化物和氮化物（MXene）因其可调的微观结构、丰富的表面官能团、较高的化学活性和亲水性等优势有望作为高性能电极材料。但是,MXene材料易氧化、理论比容量较低,极易发生堆叠导致活性位点减少。基于过渡金属硫化物和氢氧化物超高理论比电容,本文通过水热法和原位生长法,制备了基于MXene和过渡金属硫化物、层状双金属氢氧化物（Layered double hydroxides,LDH）的复合材料,研究复合材料的微观结构和电化学性能,并组装了非对称超级电容器。主要研究内容如下:（1）通过水热法制备了CoS/MXene复合材料,应用于非对称超级电容器正极。研究结果表明:钴硫比例为1:2,合成时间24h的复合材料表现出优异的电化学性能。在6 mol/L KOH电解液中,电流密度为1 A g-1时,CoS-2/MXene的比电容达935.6 F g-1,远高于MXene(75.6 F g-1)和CoS-2(515.4 F g-1)。CoS-2/MXene和生物质炭（SC）组装的非对称超级电容器具有1.5 V的电压窗口,在750 W kg-1的功率密度下能量密度达26.3 Wh kg-1。在3 A g-1的电流密度下循环5000次后,容量保持率达92%。CoS-2纳米片的引入不仅增加了MXene表面的活性位点,而且错落堆叠的纳米片形成了丰富的孔隙,有效提高了复合材料的电荷转移速率。（2）通过水热法制备了CoMn-LDH/MXene复合材料,应用于非对称超级电容器正极。研究结果表明:钴锰比例2:1,合成时间12h,反应温度120℃时获得的复合材料CoMn-LDH/0.08MXene电化学性能最优。在电流密度为1 A g-1时比电容达2529.7 F g-1,远高于CoMn-LDH(1582.9 F g-1)。组装的非对称超级电容器在755.3 W kg-1的功率密度下能量密度达48.5 Wh kg-1,经5000次的充放电后容量保持率达95%。复合的CoMn-LDH纳米花由于其独特的结构及两种材料之间的协同效应,有效提高了电极的比电容和循环稳定性。（3）通过对MXene进行超声剥离,得到尺寸更小更薄的MXene纳米片（d-MXene）。然后采用原位生长法制备Ni Co-LDH/d-MXene复合材料,应用于非对称超级电容器正极。研究结果表明:镍钴比例为1:1,合成时间为8h,获得的复合材料电化学性能最佳。在电流密度为1 A g-1时比电容达1698.8 F g-1,远高于Ni Co-LDH(1284.5 F g-1)。组装的非对称超级电容器在749.9 W kg-1的功率密度下能量密度为23.6 Wh kg-1,经5000次的充放电后容量保持率达87%。复合的花状Ni Co-LDH有利于活性位点暴露和电解液离子传导,有效提高了电极的倍率性能和循环稳定性。
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