过渡金属碳化物和碳氮化物,被称为Mxenes,自发现以来就受到广泛的关注,Mxenes通过选择性的除去MAX相中的元素A制得,集良好的金属导电性和亲水性于一身。Ti₃C₂T_x材料作为MXenes家族中的一员,除因其具有以上特性受到关注之外,还因其具有类石墨烯的二维层状结构在储能领域具有潜在的应用价值而受到国内外研究者的广泛关注。本文从选取制备Ti₃C₂T_x材料的原料Ti₃AlC₂出发到Ti₃C₂T_x材料的制备、表征再到材料的改性进行了较系统的研究。实验过程中使用X射线衍射、扫描电子显微镜、氮气吸脱附测试、循环伏安测试、充放电测试等手段对Ti₃C₂T_x材料的物理性质和电化学性能做了较全面深入的分析测试。本实验通过对原料Ti₃AlC₂微观形貌和结构的表征,使用质量分数为40%的HF溶液将其刻蚀,再结合对应的Ti₃C₂T_x材料的电化学性能,初步选择出了符合实验要求的原料Ti3-1和Ti3-3;进一步采用了控制变量法对Ti₃C₂T_x材料制备的工艺进行了优化,研究了刻蚀时间和刻蚀温度对材料形貌和电化学性能的影响,探索出了原料Ti3-1和Ti3-3的最佳工艺条件分别为室温下刻蚀6 h、60℃下刻蚀96 h。将最佳工艺条件下制备的材料在不同浓度的KOH电解液中和均含1 M K+的不同钾盐电解液中进行了CV曲线和GCD曲线等电化学性能相关的测试,实验结果表明,在6 M KOH电解液里的电化学性能最好,Ti₃C₂T_x-3材料的质量比容量可达36.75 F/g,Ti₃C₂T_x-1材料的质量比容量可达50.11 F/g,1000次充放电循环后容量仍可达45 F/g,衰减率为10.2%,表现出了良好的循环稳定性。根据这一实验结果进一步选择出了最符合实验要求的原料为Ti3-1。根据Ti₃C₂T_x材料的特点,使用了液相处理、碱化处理和热处理三种方式对Ti₃C₂T_x材料进行改性,提高Ti₃C₂T_x的电化学性能。通过SEM、XRD和电化学方法的表征发现,液相处理材料的结构发生了微小的变化,电化学性能下降,故液相处理不能提高材料的电化学性能;碱化处理后的Ti₃C₂T_x材料层间距变大,电化学性能有所改善,虽然不能提高材料的比容量,但是可以提高材料的循环稳定性,在6 M KOH溶液中1000次充放电循环后容量几乎没有衰减;在氩氢混合气环境中,不同温度的热处理对Ti₃C₂T_x材料电化学性能的影响各异,从250℃到400℃,随着热处理温度的升高,材料的电化学性能先提高后急剧降低,其中300℃热处理的Ti₃C₂T_x材料,在6 M KOH电解液中质量比容量可达69.90 F/g,提高了39.5%,1000圈充放电循环后容量衰减了4%左右,表现出了优异的电容性能;经XRD、SEM和BET的表征发现,经处理的材料保持了原始的结构,只增大了层间距,有利于电解液离子的扩散和传输。总之,从现有的三种Ti₃AlC₂原料中选择出的最符合实验要求的是原料Ti3-1,在室温下,使用质量分数为40%的HF溶液反应6 h时刻蚀效果最好。碱化处理可有效的提高材料的循环稳定性;在氩氢混合气中,300℃热处理既可以提高材料的比容量又可以提高材料的循环稳定性,是一种有效改善材料电容性能的方法。Ti₃C₂T_x材料表现出了非常优异的电容性能,使其有望成为能应用到电化学电容器中的新型电极极材料