二维MXene材料的近自由电子态对电子结构的影响与调控
发布时间：2022-01-24 14:49
自从2004年英国曼切斯特大学的两位科学家Andre Geim和Konstantin Novoselov使用微机械剥离法成功从石墨中剥离出石墨烯之后,二维材料的研究逐渐成为研究的热点。由美国德雷塞尔大学的Yury Gogotsi教授和Michel W.Barsoum教授等人在2011年合作发现的MXene就是其中的一种二维材料。MXene材料是由MAX材料得到的,M为一些过渡金属元素,A为一些主族元素,X为C或者N。由于A与M和X之间的化学键比较弱,因此可以通过比如化学刻蚀的方法把A去除,再进行剥离,就可以得到二维MXene材料。通过基于第一性原理的密度泛函理论进行计算可以发现,MXene材料的晶格能是负的,即MXene材料可以稳定存在。MXene材料具有很多优良的性能,比如良好的导电性、离子传输路径短、比表面积大、稳定性强等。MXene材料应用的领域也十分的广阔,比如超级电容器、锂离子二次电池、作为吸附材料、储氢材料、润滑剂、作为催化剂催化水制氢等。因此MXene材料非常具有研究价值。通过第一性原理进行理论计算,发现在MXene材料中近自由电子态对其电子结构有着较大的影响。虽然近自由...
【文章来源】：上海师范大学上海市
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MAX相中的211型，312型，413型的结构，红色的球代表M，绿色小球代表X，白色小球代表A
上海师范大学硕士学位论文第1章绪论1第1章绪论1.1MXene材料1.1.1MAX材料MAX相，或是Mn+1AXn，属于密排六方结构，在每个六角形的MAX相晶胞中包含两个标准单元，所属空间群为P63/mmc。对于金属材料而言，一般具有良好的导电性及导热性等。对于陶瓷材料而言，一般具良好的抗氧化性及耐腐蚀性等。MAX相材料是一种能够兼具两方面的特性的材料。常见的MAX材料有M2AX、M3AX2以及M4AX3。他们的结构如图1-1所示。图1-1MAX相中的211型，312型，413型的结构，红色的球代表M，绿色小球代表X，白色小球代表A。其中，M为过渡金属元素，A为Ⅲ族或者Ⅳ族的主族元素，X为C或N[1]。图1-2清晰地说明了它们。理论上MAX相材料应该有很多，但是迄今为止，只有60多种MAX相被制备出来，比如使用氢氟酸刻蚀最早被制备出来的三维层状化合物Ti3AlC2。因此MAX相材料的研究与开发还存在着巨大的潜力。图1-2在元素周期表中，M代表的是蓝色区域的过渡金属元素，A代表的是绿色区域的过渡金属元素，X则指的是C或者N。
上海师范大学硕士学位论文第1章绪论3更多更广泛的领域。MXene材料的研究热度自自2011年发现以来就居高不下。但国内关于MXene材料的研究还不够深入。图1-3MAX相材料经过先HF去除A元素，再进行剥离，最后得到二维的MXene材料的示意图。图1-4电子显微镜下的MXene材料。MXene材料的晶格能为负值，即MXene可以稳定存在。MXene材料在无氧脱气的水中或者干燥的空气中会保持相对稳定的状态，放置在有氧气和水的环境中就很容易发生改变。所以比较好的保存方式是将MXene材料放置在无水无氧的低温下保存。Mxene材料具有很多优良的性能：1.良好的稳定性[19]：MXene材料在常温常压下可以稳定存在。如：Ti3C2Tx[19]在氩气的保护下甚至在800℃时依然稳定，耐电子辐射能力比石墨烯好。在耐氧化性方面，比石墨烯等低维材料差。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ultra-lightweight Ti3C2Tx MXene modified separator for Li–S batteries:Thickness regulation enabled polysulfide inhibition and lithium ion transportation[J]. Nuo Li,Ying Xie,Shuting Peng,Xiang Xiong,Kai Han. Journal of Energy Chemistry. 2020(03)
[2]Thermoelectric effects and topological insulators[J]. 徐勇. Chinese Physics B. 2016(11)
[3]Recent advances in MXene: Preparation, properties,and applications[J]. 雷进程,张旭,周震. Frontiers of Physics. 2015(03)
本文编号：3606771
【文章来源】：上海师范大学上海市
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MAX相中的211型，312型，413型的结构，红色的球代表M，绿色小球代表X，白色小球代表A
上海师范大学硕士学位论文第1章绪论1第1章绪论1.1MXene材料1.1.1MAX材料MAX相，或是Mn+1AXn，属于密排六方结构，在每个六角形的MAX相晶胞中包含两个标准单元，所属空间群为P63/mmc。对于金属材料而言，一般具有良好的导电性及导热性等。对于陶瓷材料而言，一般具良好的抗氧化性及耐腐蚀性等。MAX相材料是一种能够兼具两方面的特性的材料。常见的MAX材料有M2AX、M3AX2以及M4AX3。他们的结构如图1-1所示。图1-1MAX相中的211型，312型，413型的结构，红色的球代表M，绿色小球代表X，白色小球代表A。其中，M为过渡金属元素，A为Ⅲ族或者Ⅳ族的主族元素，X为C或N[1]。图1-2清晰地说明了它们。理论上MAX相材料应该有很多，但是迄今为止，只有60多种MAX相被制备出来，比如使用氢氟酸刻蚀最早被制备出来的三维层状化合物Ti3AlC2。因此MAX相材料的研究与开发还存在着巨大的潜力。图1-2在元素周期表中，M代表的是蓝色区域的过渡金属元素，A代表的是绿色区域的过渡金属元素，X则指的是C或者N。
上海师范大学硕士学位论文第1章绪论3更多更广泛的领域。MXene材料的研究热度自自2011年发现以来就居高不下。但国内关于MXene材料的研究还不够深入。图1-3MAX相材料经过先HF去除A元素，再进行剥离，最后得到二维的MXene材料的示意图。图1-4电子显微镜下的MXene材料。MXene材料的晶格能为负值，即MXene可以稳定存在。MXene材料在无氧脱气的水中或者干燥的空气中会保持相对稳定的状态，放置在有氧气和水的环境中就很容易发生改变。所以比较好的保存方式是将MXene材料放置在无水无氧的低温下保存。Mxene材料具有很多优良的性能：1.良好的稳定性[19]：MXene材料在常温常压下可以稳定存在。如：Ti3C2Tx[19]在氩气的保护下甚至在800℃时依然稳定，耐电子辐射能力比石墨烯好。在耐氧化性方面，比石墨烯等低维材料差。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ultra-lightweight Ti3C2Tx MXene modified separator for Li–S batteries:Thickness regulation enabled polysulfide inhibition and lithium ion transportation[J]. Nuo Li,Ying Xie,Shuting Peng,Xiang Xiong,Kai Han. Journal of Energy Chemistry. 2020(03)
[2]Thermoelectric effects and topological insulators[J]. 徐勇. Chinese Physics B. 2016(11)
[3]Recent advances in MXene: Preparation, properties,and applications[J]. 雷进程,张旭,周震. Frontiers of Physics. 2015(03)
本文编号：3606771
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