黄莹莹等：VzO,MXene纳米复合材料制备及储能性能 ·1027· 密度为1,2,3,4和5Ag.如图9(d)和9(e)根据 分组成：高频区域的半圆环和低频区的陡直直线2 公式Cs=Il(m(式中C(Fg),I(A),1(s) 高频区域与X轴的截距反应了体系的等效串联电 m(g)和V(V)分别代表比电容，放电电流，放电时 阻(R),主要由材料本身的内阻，电极-电解液接 间，活性物质质量和窗口电位)计算得出NBVI 触电阻和电解液电阻等：圆环的直径反应了电荷 MXene和NSV/MXene在l.0mol-L Na,SO4电解 转移电阻(R);低频区的直线反应电解液中的电 液中的比电容分别为88.5和96.8Fg,体积比电 荷在电极表面的扩散电阻.由图10(a)可以看出 容分别为l06和116F·cm3;NBV/MXene和NSV/ MXene在1.0 mol-L LiNO3电解液中的R较低， MXene在1.0 mol-L LiNO3电解液中的比电容分 而V2O5在1.0 mol-L-Na2SO4电解液中的R较低， 别为114和180Fg,体积比电容分别为137和 但二者在1.0 mol-L LiNO3电解液中的R。均较 2l6F-cm3.图9(g)展示了NBV/MXene和NSV/ 低.由图IO(b)可以得出NBV/MXene和NSV/MXene MXene在两种电解液中不同电流密度下的比电容 在1.0 mol-L LiNO3电解液中R分别为3.86和 的计算曲线，由图可知NSV/MXene在l.0molL1 2.952,R分别为2.84和2.122；NBV/MXene和 LNO3电解液中具有最高的比电容.同时可以观 NSV/MXene在l.0 mol-L Na2SO4电解液的R分 察到电极材料的比电容随着电流密度的增加而降 别为2.79和2.692，R.分别为5.44和1.852.由此 低，这是由于电解质传输的极化，粒子扩散或电荷 可得出NSV/MXene在l.0molL-LiNO3电解液中 转移所致4-2 的R最低，这应归功于此电极材料的结构特征， 从图I0可以看出，每条Nyquist曲线都由两部 为离子和电子提供了高效的传导途径27-29 120 (a) (b) 160 8 目3 4 120 R 3 6 8 60 Re Z/O Re ZI 80 MXene in Imol-L-LiNO -MXene in Imol-L-1 Na.SO. 4 NBV/MXene in Imol-L-Na,SO V,O.in Imol-L-LiNO, -NSV/MXene in Imol-L-I Na,SO V.Os in Imol-L-Na,SO NBV/MXene in Imol-L-LiNO -NSV/MXene in Imol-L-LiNO, 20 40 60 20 40 60 Re Z/O Re Zi 图10电极材料在不同电解液中的交流阻抗图谱.(a)MXene和纯V,O,:(b)NBV/MXene和NSV/MXene Fig.10 EIS spectra of the different samples in different electrolytes:(a)MXene and pure V2Os;(b)NBV/MXene and NSV/MXene 3结论 参考文献 [1]Li S,Niu J J,Zhao Y C,et al.High-rate aluminium yolk-shell (1)通过水热法在MXene表面成功地负载了 nanoparticle anode for Li-ion battery with long cycle life and 带状和片状纳米五氧化二钒颗粒.此种方法不但 ultrahigh capacity.Nat Commun,2015,6:7872 扩大了MXene的层间距还使复合后的纳米材料具 [2]Liu Q,Nayfeh O,Nayfeh M H,et al.Flexible supercapacitor 有更好的电化学性能 sheets based on hybrid nanocomposite materials.Nano Energy, 2013,2(1:133 (2)NBV/MXene和NSV/MXene作为超级电容 [3] Yu J J,Liao B,Zhang X.Fabrication of 3D ZnO/CuO nanotrees 器电极材料在Na,SO4和LiNO3电解液中均有良 and investigation of their photoelectrochemical properties.J Rare 好的电容特性.尤其NSV/MXene具有较大的比表 MeL,2018,42(5):449 面积以及特殊的结构，使其在1 mol-L LiNO3电 [4]Wu B,Liao B,Liu X.Wen J K.A study on electrochemical 解液中的比电容最大 fundamentals and kinetics of bioleaching of chalcocite./Rare (3)以MXene作为支撑材料并采用水热法在 MeL,2019,43(12):1332 [5] Wu L,Zhong S K,Lu JJ,et al.Synthesis of Cr-doped LiMnPO /C 其表面负载金属氧化物是简便易行的.经过结构 cathode materials by sol-gel combined ball milling method and its 表征和电化学性能测试后说明NSV/MXene是一 electrochemical properties.lonics,2013,19(7):1061 种很有潜力的超级电容器电极材料 [6]He B.Chen P.,Xie Y,et al.20(R)-Ginsenoside Rg3 protects SH-密度为 1，2，3，4 和 5 A·g−1 . 如图 9（d）和 9（e）根据 公 式 Cs = I·t/(m·V)（ 式 中 Cs（ F·g‒1） ， I (A)， t (s)， m (g) 和 V (V) 分别代表比电容，放电电流，放电时 间 ，活性物质质量和窗口电位 ）计算得出 NBV/ MXene 和 NSV/MXene 在 1.0  mol·L−1 Na2SO4 电 解 液中的比电容分别为 88.5 和 96.8 F·g−1，体积比电 容分别为 106 和 116 F·cm−3 ； NBV/MXene 和 NSV/ MXene 在 1.0 mol·L−1 LiNO3 电解液中的比电容分 别为 114 和 180 F·g−1，体积比电容分别为 137 和 216  F·cm−3 . 图 9（ g） 展 示 了 NBV/MXene 和 NSV/ MXene 在两种电解液中不同电流密度下的比电容 的计算曲线，由图可知 NSV/MXene 在 1.0 mol·L−1 LiNO3 电解液中具有最高的比电容. 同时可以观 察到电极材料的比电容随着电流密度的增加而降 低，这是由于电解质传输的极化，粒子扩散或电荷 转移所致[24−25] . 从图 10 可以看出，每条 Nyquist 曲线都由两部 分组成：高频区域的半圆环和低频区的陡直直线[26] . 高频区域与 X 轴的截距反应了体系的等效串联电 阻（Rs），主要由材料本身的内阻，电极‒电解液接 触电阻和电解液电阻等；圆环的直径反应了电荷 转移电阻（Rct）；低频区的直线反应电解液中的电 荷在电极表面的扩散电阻. 由图 10（a）可以看出 MXene 在 1.0 mol·L−1 LiNO3 电解液中的 Rs 较低 ， 而 V2O5 在 1.0 mol·L−1 Na2SO4 电解液中的 Rs 较低， 但二者在 1.0 mol·L−1 LiNO3 电解液中的 Rct 均较 低. 由图10（b）可以得出NBV/MXene 和NSV/MXene 在 1.0  mol·L−1 LiNO3 电解液 中 Rs 分 别 为 3.86 和 2.95  Ω， Rct 分 别 为 2.84 和 2.12  Ω； NBV/MXene 和 NSV/MXene 在 1.0 mol·L−1 Na2SO4 电解液的 Rs 分 别为 2.79 和 2.69 Ω，Rct 分别为 5.44 和 1.85 Ω. 由此 可得出 NSV/MXene 在 1.0 mol·L−1 LiNO3 电解液中 的 Rct 最低，这应归功于此电极材料的结构特征， 为离子和电子提供了高效的传导途径[27−29] . 3    结论 （1）通过水热法在 MXene 表面成功地负载了 带状和片状纳米五氧化二钒颗粒. 此种方法不但 扩大了 MXene 的层间距还使复合后的纳米材料具 有更好的电化学性能. （2）NBV/MXene 和 NSV/MXene 作为超级电容 器电极材料在 Na2SO4 和 LiNO3 电解液中均有良 好的电容特性. 尤其 NSV/MXene 具有较大的比表 面积以及特殊的结构，使其在 1 mol·L−1 LiNO3 电 解液中的比电容最大. （3）以 MXene 作为支撑材料并采用水热法在 其表面负载金属氧化物是简便易行的. 经过结构 表征和电化学性能测试后说明 NSV/MXene 是一 种很有潜力的超级电容器电极材料. 参    考    文    献 Li  S,  Niu  J  J,  Zhao  Y  C,  et  al.  High-rate  aluminium  yolk-shell nanoparticle  anode  for  Li-ion  battery  with  long  cycle  life  and ultrahigh capacity. Nat Commun, 2015, 6: 7872 [1] Liu  Q,  Nayfeh  O,  Nayfeh  M  H,  et  al.  Flexible  supercapacitor sheets  based  on  hybrid  nanocomposite  materials. Nano Energy, 2013, 2（1）: 133 [2] Yu J J, Liao B, Zhang X. Fabrication of 3D ZnO/CuO nanotrees and investigation of their photoelectrochemical properties. J Rare Met, 2018, 42（5）: 449 [3] Wu  B,  Liao  B,  Liu  X,  Wen  J  K.  A  study  on  electrochemical fundamentals  and  kinetics  of  bioleaching  of  chalcocite. J Rare Met, 2019, 43（12）: 1332 [4] Wu L, Zhong S K, Lu J J, et al. Synthesis of Cr-doped LiMnPO4 /C cathode materials by sol-gel combined ball milling method and its electrochemical properties. Ionics, 2013, 19（7）: 1061 [5] [6] He B, Chen P, Xie Y, et al. 20(R)-Ginsenoside Rg3 protects SH- 120 (a) 90 60 30 0 0 20 40 Re Z/Ω Im Z/Ω 60 MXene in 1mol·L−1 LiNO3 MXene in 1mol·L−1 Na2SO4 V2O5 in 1mol·L−1 LiNO3 V2O5 in 1mol·L−1 Na2SO4 9 6 3 0 0 3 6 9 Re Z/Ω Im Z/Ω 160 (b) 120 80 40 0 0 20 40 Re Z/Ω Im Z/Ω 60 NBV/MXene in 1mol·L−1 Na2SO4 NSV/MXene in 1mol·L−1 Na2SO4 NBV/MXene in 1mol·L−1 LiNO3 NSV/MXene in 1mol·L−1 LiNO3 12 8 4 0 0 4 12 8 Re Z/Ω Im Z/Ω Cd Cs W W Rct Rs 图 10    电极材料在不同电解液中的交流阻抗图谱. （a） MXene 和纯 V2O5；（b） NBV/MXene 和 NSV/MXene Fig.10    EIS spectra of the different samples in different electrolytes: (a) MXene and pure V2O5 ; (b) NBV/MXene and NSV/MXene 黄莹莹等： V2O5 /MXene 纳米复合材料制备及储能性能 · 1027 ·