MXene用于提高纳米纤维素/石墨烯复合纸体积电容的制备与性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

相对于其他储能装置，超级电容器具有充放电快、污染小、电容大、质轻等优点。纤维素纳米纤维(CNFs)由于具有较高的机械强度和较大的柔韧性，常被用作复合材料的增强材料。二维过渡金属碳化物(MXenes)则具有优异的机械性能，亲水性表面和金属导电性。因此用石墨烯/MXene/纤维素纳米纤维制成的超级电容器薄膜，将具有更优异的性能。

2. 国内外研究现状分析

(1) zheng ling^[21]等制备的复合薄膜在koh电解液中表现出优良的体积电容。在2 mv/s时高达528 f/cm³，在100 mv/s时高达306 f/cm³。同时薄膜也表现出良好的可旋转性。这些数值强调了在超级电容电极中使用mxenes的巨大影响力。mxenes作为多功能高分子复合材料填料，在可穿戴的能源存储设备、结构组件、射频屏蔽、水过滤等均有应用。

(2) wen-tao cao^[22]等采用真空过滤自组装工艺，成功制备了具珍珠状组织的超薄柔性d-ti₃c₂t_x/ cnf复合材料。d-ti₃c₂t_x/cnf复合纸(50 wt % d-ti₃c₂t_x)具有很好的耐折性，折叠次数可达14260次。超薄柔性d-ti₃c₂t_x/cnf复合纸具有优异的电磁干扰屏蔽性能，在柔性穿戴设备、武器装备、机器人关节等领域具有广阔的应用前景。

(3) jun yan^[14]等演示了一种采用静电自组装带负电荷的mxene和带正电荷的化学还原氧化石墨烯制备mxene/rgo柔性薄膜的简单方法。在mxene层之间插入rgo纳米片，形成排列整齐的有序结构，有效地防止了mxene层的自复叠，增加了层间间距，促进了电解质离子的快速扩散和转运。当用作超级电容器的电极材料时，合成独立的m/g-5%薄膜在扫描速率为2mv/s时显示出1040f cm^-3的杰出容量电容，在1v/s时具有61%的电容保留能力。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

(1)以石墨粉为原料，用改进hummers 法制备氧化石墨烯、并以维生素c 作为还原剂制备还原氧化石墨烯。

(2)以竹粉为原料，用酸碱交替处理法制备纤维素纳米纤维。

4. 研究创新点

本课题以纤维素纳米纤维(Cellulose Nanofibers,CNFs)作为基材，石墨烯(reduced Graphene Oxide,rGO)和MXene作为电极填料制备超级电容器。以竹粉为原料，用酸碱交替处理法制备纤维素纳米纤维；通过改进Hummers法并利用维生素 C作为还原剂，制备还原氧化石墨烯；用Ti₃C₂T_x粉末超声离心得到MXene溶液。改变MXene在共混溶液中的配比，得到制备Mxene/RGO/CNFs薄膜的最佳配比。