【摘 要】
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由于能源问题日益凸显,可再生能源的生产已成为社会发展的研究热点。其中,以太阳能为代表的不可持续再生资源的开发加剧了对储能装置的需求,如锂硫电池、超级电容器等。另一方面,以氢能为代表的绿色能源凭借其可通过电催化或者光催化分解水而持续性产生的特点,成为理想的传统能源替代物。基于以上考虑,开发高性能、高稳定性的纳米材料应用于上述装置成为解决能源问题的关键因素。在众多的新兴纳米材料中,过渡金属碳氮化物（M
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由于能源问题日益凸显,可再生能源的生产已成为社会发展的研究热点。其中,以太阳能为代表的不可持续再生资源的开发加剧了对储能装置的需求,如锂硫电池、超级电容器等。另一方面,以氢能为代表的绿色能源凭借其可通过电催化或者光催化分解水而持续性产生的特点,成为理想的传统能源替代物。基于以上考虑,开发高性能、高稳定性的纳米材料应用于上述装置成为解决能源问题的关键因素。在众多的新兴纳米材料中,过渡金属碳氮化物（MXene）凭借着其独特高导电性、官能团可调性和亲水性等特质,在能源领域显示出巨大潜能。另一方面,二硫化钼（MoS2）作为纳米电子技术中硅材料替代品的有力竞争者,吸引了越来越多的注意力。然而,由于MoS2为半导体材料,电导率低且电离能高,与其形成的半导体/金属异质结构多为高肖特基势垒的n型结构,阻碍了 MoS2基复合材料的进一步应用。基于以上考虑,本文成功合成了 MoS2@MXene复合材料,并研究了该复合材料在电催化析氢和锂硫电池中的电析氢性能与电化学性能,其主要内容总结如下:1、通过简单的两部水热法,本文实现了 MoS2@Nb2CTx复合材料的首次合成。进一步地,利用XRD和SEM等一系列的表征手段探究其化学组成与表面形貌,表征结果表明,该复合材料是以Nb2CTx材料为骨架、以MoS2纳米花为支撑材料的三维复合结构。2、本文研究了不同质量比的复合材料在不同介质中的电析氢性能。在酸性介质中,0.25MoS2-Nb2CTx样品显示出较低的过电势（127 mV at 10 mA cm-1）、较低的阻抗（Rct=63.1Ω）及出色的稳定性。同时,其显示出较低的Tafel斜率（56.3 mV dec-1）,表明该复合材料具有较快的析氢速率。且其在碱性环境下也显示出类似良好的电催化性能。3、结合表征结果和理论计算,本文对复合材料的电析氢表现做出详尽的分析。表征结果表明,该复合样品以Nb2CTx为骨架,增强了复合样品的导电性,花状MoS2提供了更多的吸附位点,使复合样品具有较快的析氢速率。理论结果表明,MoS2和Nb2CO2单层之间的晶格失配度极小（1.5%）,使其可形成更稳定的异质结构;该复合物在接触表面形成极小阻值的p型肖特基势垒,导致了电荷的重新分布,加快了析氢速率;进一步的计算还证明该复合物具有较好的氢原子吸附能力。4、以复合材料作为锂硫电池的硫宿主材料,成功合成了锂硫电池并测试了不同样品材料为硫宿主材料的电池性能。该复合物以Nb2CTx为骨架,为锂离子扩散提供了短的传输路径;层间的MoS2纳米花不仅加大了层间空隙,还提供了丰富的活性位点;理论结果表明接触面的低p型肖特基势垒进一步加快了界面电子传输特性。故其表现出较小的阻抗（Rct=29.5Ω）、较高的初始比容量（1147mAh g-1 at0.1C）和良好的循环性能（每个循环的容量衰减仅为0.08%）,揭示了该复合材料应用于锂硫电池的巨大潜力。
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