当前位置:主页 > 硕博论文 > 工程硕士论文 >

新型二维碳化物晶体MXene的储能研究

发布时间:2018-03-03 06:31

  本文选题:二维晶体 切入点:MXene 出处:《河南理工大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:新型高性能储能材料的设计、合成与应用研究被视为解决当今世界能源和环境问题的重要课题。MXene是一类新型的二维过渡金属碳化物,经过短短四年的研究,成为一种极具潜力的新型储能材料并引起广泛关注。首先,本论文利用第一性原理研究了24种MXene的电子结构和形成能。结果表明:表面裸露的MXene均具有导电性能,选择A金属活性高的MAX相较易于刻蚀制备相应的MXene。其次,利用第一性原理研究了Ti2C的储氢性能。结果表明:Ti2C的储氢方式分为三类:化学吸附(1.7 wt%)、Kubas吸附(3.4 wt%)和物理吸附(3.4 wt%)储氢。分子动力学模拟表明,在300-400 K,Kubas氢分子能够可逆吸附和脱附。此外,Sc2C的储氢也包含了物理吸附、Kubas吸附和化学吸附三种方式,理论储氢量为9.0 wt.%。再次,利用第一性原理研究了高锂浓度下V2CO2的储锂性能,结果表明:(1)单层Li吸附时,随着x增大,结构H1H2-V2CO2Lix向H1T-V2COLix转变,并伴随着一系列体积的变化。这种结构转变的实质,是高浓度锂原子诱导V2C表面的氧原子重新排列。(2)多层Li吸附时,随着锂浓度增加,氧原子迁移到两层锂原子层之间,形成一个三明治吸附结构,该结构与Li2O单质结构非常相似。因此,此阶段可能通过相转变反应生成V2C和Li2O。在插层和相转变机制的共同作用下,V2CO2的理论比容量高达1470 mAh g-1。(3)根据是否发生结构转变,不同OMX(MXene functioned by O groups)储锂的行为可分为三类,即V-类,Nb-类和Ti-类。层厚变化率φ可作为判断OMX储锂分类的参数。最后,制备了ex-Ti3C2和in-Ti3C2晶体并测试了其电化学性能。结果表明,在1 C的倍率下,in-Ti3C2的可逆比容量为123.6 mAh g-1,高于ex-Ti3C2的比容量,说明增大晶格常数c是提高MXene比容量的有效方法之一。
[Abstract]:The design, synthesis and application of new high-performance energy storage materials are regarded as an important subject to solve the energy and environmental problems in the world. MXene is a new type of two-dimensional transition metal carbide, which has been studied for a short period of four years. In this paper, the electronic structure and formation energy of 24 kinds of MXene have been studied by first principle. The results show that all the surface exposed MXene have conductive properties. The MAX phase with high activity of metal A is easier to be etched to prepare the corresponding MXene.Secondly, The hydrogen storage properties of Ti2C were studied by first principle. The results show that the hydrogen storage methods of Ti2C are divided into three types: chemical adsorption (1.7wt), Kubas adsorption (3.4wt) and physical adsorption (3.4wt.). Kubas hydrogen molecules can be adsorbed and desorbed reversible at 300-400 Kas. In addition, the hydrogen storage of Sc2C also includes physical adsorption Kubas adsorption and chemical adsorption. The theoretical hydrogen storage capacity is 9.0 wt. thirdly, the lithium storage properties of V _ 2CO _ 2 at high lithium concentration have been studied by first principle. The results show that with the increase of x, the structure of H _ 1H _ 2-V _ 2CO _ 2Lix and a series of volume changes are accompanied by a series of volume changes during the adsorption of the monolayer Li. The essence of this structural transition is when the oxygen atoms on the surface of V _ 2C are rearranged. With the increase of lithium concentration, oxygen atoms migrate to the two layers of lithium atoms to form a sandwich adsorption structure, which is very similar to the simple structure of Li2O. V2C and Li _ 2O-V _ 2C and Li _ 2O. the theoretical specific capacity of V _ 2CO _ 2 under the interaction of intercalation and phase transition mechanism is as high as 1470 mAh g ~ (-1) ~ (3). According to the structural transition, different OMX(MXene functioned by O groups can be classified into three types of lithium-storage behaviors. The thickness change rate 蠁 can be used as a parameter to judge the classification of lithium storage in OMX. Finally, ex-Ti3C2 and in-Ti3C2 crystals have been prepared and their electrochemical properties have been tested. The reversible specific capacity of Ti3C2 at 1 C is 123.6 mAh g-1, which is higher than that of ex-Ti3C2, indicating that increasing the lattice constant c is one of the effective methods to increase the specific capacity of MXene.
【学位授予单位】:河南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TB34

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 高巍;朱嘉琦;武洪臣;张华芳;崔向中;;四面体非晶碳结构建模的第一性原理模拟方法[J];功能材料;2010年S2期

2 陶辉锦;陈伟民;王赫男;;镍晶格稳定性的第一性原理研究[J];材料导报;2009年18期

3 梁景南;符春林;蔡苇;郭倩;张朝阳;;铟掺杂二氧化锡透明导电性的第一性原理研究[J];稀有金属材料与工程;2012年S2期

4 胡盟;程杰;何巨龙;;新型立方碳的第一性原理研究[J];燕山大学学报;2013年01期

5 苏昀;吴晓静;权俊杰;于亚鹏;;甲基苯丙胺在水溶液中第一性原理研究[J];化学工程师;2013年10期

6 李培芳;包刚;;金属元素镁高压属性的第一性原理研究[J];北京化工大学学报(自然科学版);2012年06期

7 江勇;许灿辉;蓝国强;;金属氧化物表面与界面的第一性原理热力学:一个研究实例(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2013年01期

8 黄元春;肖政兵;张欢欢;刘宇;;平衡相对Al-7.8Zn-1.6Mg-1.8Cu-0.12Zr铝合金性能影响:第一性原理研究[J];航空材料学报;2014年03期

9 李淼泉;姚晓燕;;应用第一性原理研究置氢α钛晶体的电子结构和性能[J];稀有金属材料与工程;2013年05期

10 魏娜然;温斌;宫长伟;马红军;李廷举;;新金刚石电子结构的第一性原理研究[J];高等学校化学学报;2006年02期

相关会议论文 前10条

1 姜晓庶;Walter R.L.Lambrecht;;半导体非线性光学材料的第一性原理研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(1)[C];2007年

2 郑晓;陈冠华;;开放电子体系的第一性原理方法[A];中国化学会第九届全国量子化学学术会议暨庆祝徐光宪教授从教六十年论文摘要集[C];2005年

3 宋庆功;褚勇;王艳波;耿德平;郭艳蕊;;有序α-(Al_(1/4)Cr_(3/4))_2O_3的结构及其稳定性研究[A];数学·力学·物理学·高新技术交叉研究进展——2010(13)卷[C];2010年

4 孙学勤;周树兰;林娜;李良;张玉芬;赵显;;关于金刚石的硬度的第一性原理研究[A];中国化学会第九届全国量子化学学术会议暨庆祝徐光宪教授从教六十年论文摘要集[C];2005年

5 周安;舒翠翠;刘立胜;翟鹏程;;双填充方钴矿电子结构和电传输性能的第一性原理研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

6 曾凡林;孙毅;;PVDF单链拉伸的第一性原理模拟[A];第七届海峡两岸工程力学研讨会论文摘要集[C];2011年

7 潘红亮;王月花;;铁酸铋光学特性的第一性原理研究[A];《硅酸盐学报》创刊50周年暨中国硅酸盐学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年

8 宋庆功;王延峰;康建海;严慧羽;;第一性原理方法在插层化合物Li_xTiS_2结构与性能研究中的应用[A];中国数学力学物理学高新技术交叉研究学会第十二届学术年会论文集[C];2008年

9 刘红;邓莉;刘雷;杜建国;;MgSiO_3熔体高温高压状态方程的第一性原理分子动力学研究[A];中国矿物岩石地球化学学会第14届学术年会论文摘要专辑[C];2013年

10 平飞林;蒋刚;张林;朱正和;;~3He对LaNi_5储氚性能影响的第一性原理研究[A];第八届全国核靶技术学术交流会论文摘要集[C];2004年

相关博士学位论文 前10条

1 孙金平;水溶液环境羟基磷灰石/钛界面结构与性质第一性原理研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

2 龚奎;新型二维半导体材料及自旋相关器件量子输运的第一性原理研究[D];北京科技大学;2016年

3 崔琳;Si-C-N三元系中新型亚稳相的第一性原理研究[D];燕山大学;2015年

4 孙瑜;若干半导体非晶化相变的结构及化学键演化规律的第一性原理研究[D];吉林大学;2016年

5 李晨辉;纳米线,纳米岛和薄膜生长机理的第一性原理研究[D];郑州大学;2016年

6 李国豹;三种二次电池正极材料的第一性原理研究[D];大连理工大学;2016年

7 姚路驰;半导体纳米线成核生长机理的第一性原理研究[D];中国科学院研究生院(上海技术物理研究所);2016年

8 陈默涵;基于局域轨道的第一性原理软件发展[D];中国科学技术大学;2012年

9 张玉娟;温稠密乙烷等流体物性的第一性原理分子动力学研究[D];中国工程物理研究院;2013年

10 李达;典型轻元素超硬多功能材料的第一性原理研究[D];吉林大学;2013年

相关硕士学位论文 前10条

1 李凤;正交系超硬材料bc-BC_xN的第一性原理研究[D];西南大学;2015年

2 乌日勒;三元混晶GaAs_(1-x)Sb_x电子结构和光学性质的第一性原理研究[D];内蒙古大学;2015年

3 尹梦园;掺杂CoO与铁磁体/MoS_2界面的电子结构和磁性的第一性原理研究[D];天津理工大学;2015年

4 牛之慧;单相多铁性体CaMn_7O_(12)的第一性原理研究[D];昆明理工大学;2015年

5 金元俊;压力下122系铁基超导体的第一性原理研究[D];华南理工大学;2015年

6 张蓉芳;采用第一性原理研究[D];福建师范大学;2015年

7 王永真;Ba_2Ti_2Fe_2As_4O和CaIr_2的电子结构及光学性质的第一性原理研究[D];浙江大学;2015年

8 马静;纳米拓扑绝缘体(01ī5)电子结构第一性原理研究[D];陕西师范大学;2015年

9 张元元;掺杂ZnO和In_2O_3的第一性原理研究[D];吉林大学;2015年

10 胡京;几种Ⅱ-Ⅳ-Ⅴ_2型黄铜矿半导体材料的第一性原理研究[D];中国矿业大学;2015年



本文编号:1559904

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/boshibiyelunwen/1559904.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户d95f9***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com