摘 要

MXenes是一种新型二维层状结构的纳米材料，具有优异的导电性、磁性和力学性能，可用于插层和分层，在电子元件领域有广阔的应用前景。金属有机骨架（MOFs）材料是一种性能优异而且应用广泛的新型材料。本文采用分布沉积法，分步引入Zn(NO₃)₂/CH₃OH溶液中的金属离子Zn² 和有机配体2-甲基咪唑HmIM/CH₃OH，生成最终产物ZIF-8@Ti₃C₂。

经过对ZIF-8@Ti₃C₂材料的表征，XRD显示Ti₃C₂、LiOH-Ti₃C₂、ZIF-8@Ti₃C₂三种物质基面方向的峰逐渐左移，说明插图离子使层间距增大。傅里叶变换红外光谱显示，在波长2921、2923处出现C-H，在波长1564,740处出现C=N，在波长1130处出现C-N；元素分析显示，LiOH-Ti₃C₂、ZIF-8@Ti₃C₂的含氮量分别为0 wt%，2.95 wt%，印证了ZIF-8@Ti₃C₂被成功制备。此外SEM也显示在MXene二位光滑层状表面负载了ZIF-8材料。对CO₂吸附性能测试表明， LiOH-Ti₃C₂、ZIF-8@Ti₃C₂ 对CO₂吸附量随压力增大而逐渐增大，在压力为800mmHg时，前者吸附量4.5cm³/mg，后者为11.2 cm³/mg。循环伏安图测试图形说明没有发生氧化还原反应，容量来源于对溶液中离子的双电层吸附，就算得出ZIF-8@Ti₃C₂大于 ZIF-8@ Ti₃C₂，则比容量也是前者大后者小，即ZIF-8@Ti₃C₂的超级电容器性能要优于ZIF-8@Ti₃C₂。

关键词：MXenes 二维材料，MOFs材料，分布沉积法，超级电容器性能，吸附

The Research on Preparation and properties of Ti₃C₂T_x and ZIF-8 hybrid materials.

ABSTRACT

MXenes is a novel two-dimensional layered structure of nanomaterials with excellent conductivity, magnetic and mechanical properties, which can be used for intercalation and layering, and has broad application prospects in the field of electronic components.Metal organic skeleton (MOFs) material is a kind of performance and wide application of new materials. Synthesis method of MOF based on the distribution of sedimentary materials, step by step introduction of Zn(NO₃)₂/CH₃OH solution and organic ligand dimethyl imidazole HmIM/CH₃OH, on the surface of the substrate COOH- and OH- as nucleation sites.

Through the characterization of ZIF-8@Ti₃C₂ material, XRD showed Ti₃C₂、LiOH-Ti₃C₂、ZIF-8@Ti₃C₂ near 10 degrees peak gradually shift to the left, that layer spacing increases. Fourier transform infrared spectrum showed that C-H, C=N, C-N appears in the wavelength of 2921, 2923 ;1564,740 ; 1130. SEM showed in MXene load on the surface of two smooth laminar ZIF - 8 materials. The CO₂ adsorption performance test showed that, with the increase of pressure, the adsorption amount gradually increased, and the former adsorption capacity was 4.5cm³/mg, while the latter was 11.2 cm³/mg when the pressure was 800mmHg.Cyclic voltammograms test suggest the capacity is derived from the electric double layer adsorption of ions in the solution, ZIF-8@Ti₃C₂ supercapacitor performance is superior to LiOH-Ti₃C₂.

Key words: MXenes two-dimensional layered nanomaterials, metal organic skeleton (MOFs) materials, distributed deposition, super capacitor performance, adsorptio

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 背景 1

1.2二维材料 2

1.2.1二维材料的分类 2

1.2.2二维材料的制备方法 3

1.2.2 MXene的来源 4

1.2.3 MXene的合成 5

1.2.4 MXene的结构 7

1.3 金属有机骨架（MOFs）材料的研究进展 8

1.3. 1 MOFs材料的合成方法 9

1.3. 2 MOFs材料的结构和性能应用 10

1.4本课题研究意义及内容 11

第二章 实验部分 12

2.1引言 12

2.2实验部分 12

2.2.1仪器设备 12

2.2.2实验原料 13

2.3 材料的制备 13

2.3.1 Ti₃C₂的合成 13

2.3.2 ZIF-8@Ti₃C₂材料的合成 14

2.3.3 Ti₃C₂T_x分层材料的制备 15

第三章 ZIF-8@Ti₃C₂Tx杂化材料 16

3.1引言 16

3.2实验样品的结构及性能表征 16

3.2.1 X射线粉末衍射 16

3.2.2 傅里叶变换红外光谱仪 17

3.2.2 扫描电子显微镜SEM 19

3.2.2 C0₂吸附性能测试 20

3.2.3 超级电容器性能 21

3.3本章小结 22

第四章 结论与展望 23

4.1 结论 23

4.2 展望 23

参考文献 24

致 谢 27

第一章 绪论

1.1 背景

立晶体的二维(2D)特性与它们的3D模型不同。 然而，目前对这种二维纳米材料研究相对较少，它是由Ti₃C₂薄层和圆锥卷轴组成，室温下在氢氟酸中由Ti₃AlC₂的剥离产生^[1]。根据abinitio模拟所预测，这种材料具有加大的弹性模量，以及其表面有丰富且可被修饰的基团，这些纳米薄片和聚合物复合材料具有优良的特性^[2]。这类二维材料的特性可以通过改变它们的表面取代原子来调整，在锂离子电池、超级电容器和其他电子方面应用中，表现出良好的导电性和延展性。可以说，广为研究的单体2D材料是石墨烯，英国的一位科学家Novoselov和他的学生发现了石墨烯，通过机械剥离石墨得方法，二维层状石墨烯结构图如图1-1所示，制作出了成单层的石墨烯^[3]。

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