V2O5/MXene納米復合材料制備及儲能性能

黃瑩瑩，李庚輝，趙 博，路金林，亢淑梅，陳書文

遼寧科技大學材料與冶金學院，鞍山 114051

電化學超級電容器是連接電池和傳統電容器的橋梁，具有充放電速度快、容量大、功率密度高、使用壽命長和維護成本低等優點[1?4]. 超級電容器已經被廣泛應用于混合動力電動汽車、微型自動電動機器人和備用電源等系統中[5?6]. 根據不同的電荷儲存機制，電化學超級電容器可分為雙電層電容器和贗電容電容器. 雙電層電容器主要是依賴于電極-電解液界面處的正負電荷靜電吸附，其類似于傳統的雙電層電容器；贗電容電容器主要依賴于電極表面活性材料的快速氧化還原反應，活性材料主要包括金屬氧化物和導電聚合物等[7?10]. 目前，五氧化二釩（V2O5）及其相關化合物因其具有層狀結構，良好的物理化學性質，價格低廉，資源豐富，理論比電容大，而受到越來越多的關注. 它們被廣泛應用于可逆鋰電池、催化劑、超級電容器和激光屏蔽陰極材料等領域. 由于儲能元件的電化學性能與電極材料的形貌和晶體結構密切相關，因此研究人員已經成功制備出了新型結構的V2O5，包括納米多孔結構、薄膜、三維結構的V2O5納米片以及V2O5納米多孔網絡等. 當V2O5作為電極材料被應用于超級電容器中時，電解質中的離子在吸附-脫附過程中使電極材料的體積膨脹直至結構崩塌，這種現象會導致V2O5電極材料具有較低的導電性和循環穩定性.

MXene是一系列二維層狀金屬碳化物或氮化物，具有高電導率、表面易改性、機械強度高和親水性好等優點[11]；MXene (Ti3C2Tx)本身具有導電性能優良的二維碳層結構，且其表面含有大量的羥基官能團，具有較多的氧化還原活性位點，然而MXene材料在充放電過程中易產生重新堆疊團聚的問題，這嚴重降低了MXene納米片層的電化學利用率，使其電子傳輸和離子擴散能力下降，減小電極材料的電容量、電容器的能量密度，直接降低了超級電容器的儲能性能；V2O5理論比電容大，但是在充放電過程中結構容易崩塌. 針對上述問題，本文通過水熱法將納米V2O5插入到MXene層間，將MXene與V2O5復合可以擴大MXene的層間距同時抑制其堆疊現象，而且MXene可以起到支撐作用，在充放電過程中有效緩解了V2O5的結構坍塌 ，所制備的納米復合電極材料在1.0 mol·L?1LiNO3中表現出了較好的電化學性能.

1 實驗材料及方法

1.1 實驗材料

Ti粉（99%，300 目），Al粉（99%, 直徑為 10 μm），C 粉（99%，直徑為 6.5 μm），氫氟酸（HF），二甲基亞砜（DMSO），二水合草酸（H2C2O4·2H2O），五氧化二釩（V2O5），硫酸鈉（Na2SO4），硝酸鋰（LiNO3），1-甲基-2-吡咯烷酮，乙炔黑，聚偏氟乙烯（PVDF），無水乙醇和去離子水，所用試劑均為分析純.

1.2 實驗方法

1.2.1 多層 MAX 相的制備

本實驗中的MAX相是通過固-液反應合成法制備的，將 Ti，Al和石墨粉末以摩爾比為3∶1.1∶1.8的比例加入到行星式球磨機中，并向其中加入無水乙醇和瑪瑙球混和攪拌12 h，然后在空氣中 70 °C 下干燥 8 h. 再將混合物放入石墨模具中單軸冷壓成生坯. 隨后，將生坯與模具一起放在高溫管式爐中在氬氣氣氛下加熱至1550 °C，并保溫2 h，最后將樣品自然冷卻至室溫.

1.2.2 MXene 的制備

在室溫下，取2 g上述制備的MAX相浸入20 mL HF（6.0 mol·L?1）中 48 h 后用去離子水反復洗滌直至pH值約為4.0左右. 用超聲波細胞粉碎機以脈沖模式超聲處理1 h以獲得懸浮液，然后將懸浮液2000 r·min?1離心 30 min 以除去大塊顆粒，得到質量濃度約為 20 g·L?1的黑色 MXene 水分散液，隨后向其中加入10 mL DMSO擴大MXene的層間距. 分層后的MXene被命名為D-MXene.

1.2.3 NBV/MXene 和 NSV/MXene 的制備

將0.5 g MXene，1.82 g V2O5和0.63 g H2C2O4·2H2O溶于75 mL去離子水中并在室溫下磁力攪拌0.5 h.然后將上述混合物移至100 mL不銹鋼高壓反應釜中并升溫至 180 °C 保溫 48 h. 待樣品冷卻至室溫后，用去離子水和無水乙醇將其反復洗滌幾次后 75 °C 干燥 8 h. 最后將樣品放置馬弗爐中，空氣氣氛下以 5 °C·min?1速率升至 550 °C 并保溫 5 h 便得到NBV/MXene.

NSV/MXene 的制備過程中需要 1.89 g H2C2O4·2H2O，其余過程與NBV/MXene的制備過程一致.NSV/MXene和NBV/MXene的制備過程示意圖如圖1.

圖1 NBV/MXene 和 NSV/MXene 的制備過程Fig.1 Fabrication procedure for NBV/MXene and NSV/MXene

1.3 復合材料的結構表征

采用X光衍射儀（PANANO）對樣品進行晶體結構分析，Cu Kα 射線，掃描范圍：10°～90°，X 射線的波長0.154060 nm；利用場發射掃描電子顯微鏡（FESEM，ZEISS ΣIGMA）對樣品的形貌、微觀結構以及能量色散進行分析；利用傅里葉紅外光譜分析儀（Agilent Technologies Cary 630）對樣品進行紅外測試，波長范圍：600～4000 cm?1；在波長為514 nm激光激發下，利用拉曼光譜分析儀（Renishaw）對樣品進行分析；利用X射線光電子能譜分析儀（Al K Alpha Large Area XL）對樣品的元素進行定性分析，然后使用XPS peak 41軟件對曲線進行擬合；樣品的比表面積測試利用比表面積分析儀（ASAP 2460）測定.

1.4 電化學性能測試

將80 mg 活性物質（NBV/MXene 和NSV/MXene），10 mg PVDF 和 10 mg 乙炔黑溶于一定量 1-甲基-2-吡咯烷酮中并磁力攪拌4 h形成漿料，將漿料涂覆在尺寸為 1.5 cm×1.5 cm的泡沫鎳上，然后將涂好的泡沫鎳放在真空干燥箱中 80 °C 干燥 4 h，將干燥好的泡沫鎳用壓片機在8 MPa下進行壓片. 最后對電極片進行稱量，選出活性物質質量為3～6 mg的電極片進行電化學性能測試.

以上述電極為工作電極，飽和甘汞電極（SCE）作為參比電極，鉑電極作為輔助電極，組成三電極體系，利用CHI760E電化學工作站（上海辰華儀器有限公司）進行循環伏安（CV）、恒流充放電（GCD）和交流阻抗測試（EIS）. 其中電解液為1.0 mol·L?1LiNO3和 1.0 mol·L?1Na2SO4，電壓窗口為?0.4～0.8 V，循環伏安掃描速率取 2，5，10，20，50 和 100 mV·s?1，恒流充放電的電流密度為 1，2，3，4 和 5 A·g?1，在開路電壓下測試交流阻抗，頻率范圍為 105～0.01 Hz.

2 結果與討論

2.1 化學與結構分析

圖2（a）是 MXene、D-MXene、NBV/MXene和NSV/MXene的X射線衍射圖譜，由MXene和DMXene的圖譜可以觀察到被分層后的D-MXene的峰向小角度偏移并且半峰寬增加，說明其無序化和層 間距增加[12?14]. 由 NBV/MXene 和 NSV/MXene的圖譜可以觀察到在 2θ值為 15.4°，20.3°，21.7°，26.1°，31.1 °，32.4°，34.3°，45.5°，47.3°和 51.2°出現衍射峰，與 JCPDS (No.00 - 030 - 0820) X 射線衍射標準卡比對可知它們分別與（200），（00），（101），（110），(301），（011），（310），（411），（600）和（020）晶面相對應，可以證明有V2O5晶體的存在. 此外，在NBV/MXene和NSV/MXene圖譜中可以觀察到TiC、和TiO2寬峰，與MXene相比峰強被削弱，暗示著在MXene表面已經合成V2O5晶體[15?17].

圖2 試樣的X射線衍射圖譜（a）和氮氣吸附-脫附等溫曲線（b）（插圖為內部孔徑尺寸分布曲線）Fig.2 XRD patterns (a) and N2adsorption/desorption isotherms (b) of the different samples (inset showing the plots of pore size distribution)

圖2（b）是樣品氮氣吸附/脫附等溫曲線，其中p為吸附質分壓，p0為吸附劑飽和蒸汽壓，V是孔容，D是孔徑. MXene、NBV/MXene和 NSV/MXene的比表面積分別為 4.3, 4.4, 8.7 和 5.5 m2·g?1. NBV/MXene和NSV/MXene的比表面積與MXene相比均有所提高，因此可以證明V2O5已經成功被負載到MXene表面.

樣品的傅里葉紅外光譜如圖3（a）所示，NBV/MXene和NSV/MXene的紅外光譜1004和1005分別出現吸收峰是由于V=O 雙鍵伸縮振動所致，在778和840 cm?1分別出現吸收峰是由于在V=O和V-O-V之間出現耦合振動所致. 圖3（b）是樣品的拉曼光譜，NBV/MXene和NSV/MXene的拉曼光譜在 140, 283, 407, 478, 525, 696 和 993 cm?1處 出 現V2O5的特征峰[18]. MXene的拉曼光譜在 150 cm?1處出現特征峰，說明有TiO2銳鈦礦的存在，在其它樣品中其峰強減弱并且拉曼位移增加. 三種樣品均在410和610 cm?1處出現特征峰是由于TiC的存在. 以上分析結果與X射線衍射的分析結果一致. MXene、NBV/MXene和 NSV/MXene的元素組成分析采用了能量散布分析儀進行測試，其測試結果如圖3（c）所示，可以觀察到NBV/MXene和NSV/MXene樣品中均有Ti、C、V和O元素，測試結果可以說明納米復合物中有V2O5存在，并通過計算得出NSV/MXene和NBV/MXene中V2O5的質量分數分別為72%和67%.

利用場發射掃描電子顯微鏡對樣品的表面形貌進行了測試表征，如圖4所示. 從圖4（a）可以清晰地看到它是由許多片層堆疊而成的. 圖4（b）顯示MXene表面上有大量納米帶，長度可達幾十微米，平均寬度約150 nm. 當草酸的使用量增加到1.89 g 時，NSV/MXene被合成，如圖 4（c）. 從場發射掃描電子顯微鏡圖像我們可以觀察到，MXene表面上的納米粒是有許多微小的納米薄片組成.在相同保溫時間、煅燒溫度的條件下，當添加草酸的質量為0.63 g時，V2O5呈帶狀，當草酸質量增加至1.89 g時，V2O5呈片狀，可見草酸加入量是影響V2O5形貌的主要因素.

圖5是樣品的X射線光電子能譜圖，從圖5（a）中可以看出3種樣品的Ti2p的結合能為464和458 eV，V2p 結合能均為 524 eV 和 517 eV，O1s的結合能均為 532 eV，C1s的結合能均為 285 eV，采用XPSPEAK軟件分別對Ti和V兩種元素進行分峰，使用 Shirley型背景，并選擇p峰型. 從圖 5（b），5（c）和 5（d）中可以看出，MXene、NBV/MXene和NSV/MXene的Ti2p1/2結合能分別為464.7，464.1和464.2 eV，Ti2p3/2的結合能為458.9, 458.3 和458.4 eV，Ti2p1/2和Ti2p3/2結合能的差值均為5.8 eV. 如圖5（e）和 5（f）所示，NBV/MXene和 NSV/MXene的 V2p1/2的結合能分別為524.5和524.6 eV，V2p3/2的結合能分別為517.1和517.2 eV，V2p1/2和V2p3/2結合能差值均為7.4 eV. 此結果與文獻中的Ti3C2Tx的MXene的Ti2p1/2和Ti2p3/2，V2O5的V2p1/2和V2p3/2的數據相一致，因此可以證明MXene表面已經成功負載了V2O5[10,18].

圖3 試樣的傅里葉紅外光譜圖（a），拉曼光譜曲線（b）和能量散布分析光譜（c）Fig.3 FTIR (a), Raman spectra (b), and EDS spectra (c) of samples

圖4 試樣的場發射掃描電子顯微鏡照片. （a）MXene；（b）NBV/MXene；（c）NSV/MXeneFig.4 FESEM images of samples:(a) MXene; (b) NBV/MXene; (c) NSV/MXene

圖5 試樣的 X 射線光電子能譜. （a）試樣的 X 射線光電子能總譜；（b～d） 3 種樣品的 Ti2p 譜圖；（e）NBV/MXene的 V2p 譜圖；（f）NSV/MXene的V2p譜圖Fig.5 XPS full survey scan spectra:(a) XPS full survey scan spectra for all samples; (b-d) deconvolution of Ti2p peaks of three samples; deconvolution of V2p peaks of NBV/MXene (e) and NSV/MXene (f)

2.2 電化學性能分析

圖6 循環伏安曲線. （a）MXene 和純 V2O5電極材料在 20 mV·s?1 時；（b）NBV/MXene 在 1 mol·L?1 Na2SO4；（c）NSV/MXene 在 1 mol·L?1 Na2SO4；（d）NBV/MXene 在 1 mol·L?1 LiNO3；（e）NSV/MXene 在 1 mol·L?1 LiNO3；（f）NBV/MXene 和 NSV/MXene 在 20 mV·s?1 時Fig.6 CV curves:(a) MXene and pure V2O5at 20 mV·s?1; (b) NBV/MXene in 1 mol·L?1 Na2SO4; (c) NSV/MXene in 1 mol·L?1 Na2SO4;(d) NBV/MXene in 1 mol·L?1 LiNO3; (e) NSV/MXene in 1 mol·L?1 LiNO3; (f) NBV/MXene and NSV/MXene at 20 mV·s?1

圖6是3種樣品的循環伏安曲線，由圖可看出，所有曲線均出現兩對氧化還原峰，且當掃描速率越低氧化還原峰越明顯，展現了良好的贗電容特性. 當掃描速率較高時氧化峰發生正向移動，還原峰發生負向移動且氧化還原峰間距增加，主要是因為掃描速率增大，短時間內電極上吸附了大量電解液離子，使得電極-電解液界面上的離子濃度急速下降，然而電解液中離子擴散速率相對較慢，因此界面上的離子數目不能滿足電極充放電所需離子數，所以外電壓即使不斷上升，電極上儲存電荷的速度卻很慢，從而使循環伏安曲線發生傾斜. 圖 6（a）是 MXene和純 V2O5電極材料在20 mV·s?1時分別在兩種電解液中的循環伏安曲線的對比圖，圖中可以明顯的觀察到無論是MXene 還是純 V2O5電極片在 1.0 mol·L?1LiNO3的循環伏安曲線所圍成的面積較大，因此兩種電極片在 1.0 mol·L?1LiNO3電解液中電化學性能較好.圖 6（b）和 6（c）分別為 NBV/MXene和 NSV/MXene的循環伏安曲線，電解液為 1.0 mol·L?1Na2SO4，電壓窗口為?0.4～0.8 V，掃描速率為 2，5，10，20，50和 100 mV·s?1. 由圖可看出，NBV/MXene 的循環伏安曲線在 0.02和 0.33 V出現兩個氧化峰，在?0.05和?0.32 V 出現兩個還原峰；NSV/MXene的循環伏安曲線在0.10 和0.31 V出現兩個氧化峰，在 0.02 和?0.24 V 處出現兩個還原峰. 圖 6（d）和6（e）為 NBV/MXene和 NSV/MXene電極材料在1.0 mol·L?1LiNO3電解液中的循環伏安曲線，NBV/MXene的循環伏安曲線在0.08和0.33 V出現兩個氧化峰，在?0.06和?0.32 V 出現兩個還原峰；NSV/MXene的循環伏安曲線在0.1和0.33 V出現兩個氧化峰，在?0.04和?0.32 V處出現兩個還原峰.圖 6（f）是 NBV/MXene和 NSV/MXene電極材料在掃描速率為 20 mV·s?1電解液分別為 1.0 mol·L?1Na2SO4和 1.0 mol·L?1LiNO3的循環伏安曲線對比圖，由圖可看出 NSV/MXene 在 1.0 mol·L?1LiNO3電解液中的循環伏安曲線所圍成的面積最大，這就意味著其具有最大的比電容量[19].

在循環伏安測試中，在不同的電壓掃描速率下，得到不同的峰電流值. 通過將掃描速率與所得的峰電流的對應關系來分辨電極材料在充放電過程中是擴散行為還是贗電容行為. 若是電池行為，則峰電流i隨掃速v的0.5次方變化，即過程為擴散控制；若是贗電容行為，則峰電流i隨掃速ν線性變化，即過程為電容控制. 因此可以通過計算公式中i=avb的b值來判斷電極材料在充放電中是否有贗電容行為. 當b<0.5時，電極材料表現為電池屬性；當0.51時，電極材料為贗電容屬性[20].通過圖6可以讀取出NBV/MXene和NSV/MXene在不同電解液中不同掃速下的峰電流值（Peak I,Peak II, Peak III和 Peak IV）. 將公式i=avb兩邊取對數便可得到lgi = blgv+lga，將掃速和對應峰電流輸入，通過Origin軟件進行擬合即可得到斜率b的值，圖7為NBV/MXene和NSV/MXene在不同電解液中不同掃速擬合后得到的lgi和lgν的對應關系圖以及擬合后得到的b值. 經判斷NBV/MXene和NSV/MXene在2種電解液中既有電池行為也有贗電容行為，即在充放電過程中既受擴散控制也受電容控制.

圖7 不同掃速下的 lgi和 lgv線性擬合圖. （a）NBV/MXene 在 1 mol·L?1 Na2SO4；（b）NSV/MXene 在 1 mol·L?1 Na2SO4；（c）NBV/MXene 在1 mol·L?1 LiNO3；（d）NSV/MXene 在 1 mol·L?1 LiNO3Fig.7 lgivslgvlinear fit at different scan rates:(a) NBV/MXene in 1 mol·L?1 Na2SO4; (b) NSV/MXene 1 mol·L?1 Na2SO4; (c) NBV/MXene in 1 mol·L?1 LiNO3; (d) NSV/MXene in 1 mol·L?1 LiNO3

在循環伏安測試中，電流與掃描速率的關系是區分電荷存儲機理的有效方法. 這種評估方法的基礎是雙電層電容過程的電流與掃速（v）成正比，擴散過程的電流與v1/2成正比. 在循環伏安過程中，當擴散控制過程和電容控制過程同時存在時，特定電壓V下的電流iV可表示為iV=k1v+k2v1/2，其中k1和k2為可以調整的參數. 此式兩邊除以v1/2后便可得到iV/v1/2=k1v1/2+k2，采用Origin軟件對iV/v1/2和v1/2進行線性擬合進而得到k1值，每個特定的電壓下都對應一個擬合的k1值. 在每個特定電壓下k1v即為贗電容對電流的貢獻. 將眾多的特定電壓與之對應的k1v通過平滑曲線連接起來，進行非線性擬合. 然后對擬合的閉合曲線積分求面積，再對特定掃速下的循環伏安曲線進行積分求面積. 將擬合曲線的面積除以循環伏安曲線面積所得的值即為特定掃速下的贗電容貢獻率[21?23].如圖8為NBV/MXene和NSV/MXene在不同電解液中在 50 mV·s?1下的贗電容貢獻率. 經計算得NBV/MXene 和 NSV/MXene 在 1 mol·L?1Na2SO4中的贗電容貢獻率分別為33.5%和40.4%，NBV/MXene和 NSV/MXene 在 1 mol·L?1LiNO3中的贗電容貢獻率分別為43.2%和41.5%.

為了進一步測試樣品的電化學性能，將樣品進行了恒流充放電測試，圖9是樣品的恒流充放電曲線. 圖 9（a）是 MXene和 V2O5分別在兩種電解液（1.0 mol·L?1Na2SO4和 1.0 mol·L?1LiNO3）中、電流密度為1 A·g?1時的恒流充放電曲線對比圖.從圖中可以看出：MXene和V2O52種電極片在1.0 mol·L?1LiNO3中 明 顯 比 在 1.0 mol·L?1Na2SO4電解液中放電時間長，其中 MXene 在 1.0 mol·L?1LiNO3電解液中的比電容為64.6 F·g?1而在1.0 mol·L?1Na2SO4電 解 液 中 的 比 電 容 為 8.1 F·g?1，V2O5在1.0 mol·L?1LiNO3電解液中的比電容為 46.7 F·g?1而在 1.0 mol·L?1Na2SO4電解液中的比電容為 15.7 F·g?1；說明這兩種材料在 1.0 mol·L?1LiNO3電解液中的比電容更大一些. 由圖9（b～e）可看出樣品的恒流充放電曲線均出現兩個電位平臺，與循環伏安曲線中的氧化還原峰一致，這表明法拉第贗電容引起的電容遠高于雙電層電容. 恒流充放電曲線在高電位出現陡峭現象是由電極-電解液界面發生氧化還原反應所致. 圖 9（b）和 9（c）分別是 NBV/MXene和NSV/MXene的恒流充放電曲線，電解液為 1 mol·L?1Na2SO4，電壓窗口為?0.4～0.8 V，電流密度為 1，2，3，4 和 5 A·g?1. 如圖 9（d）和 9（e）根據公 式Cs=I·t/(m·V)（式 中Cs（F·g-1） ，I(A)，t(s)，m(g)和V(V)分別代表比電容，放電電流，放電時間，活性物質質量和窗口電位）計算得出NBV/MXene 和 NSV/MXene 在 1.0 mol·L?1Na2SO4電解液中的比電容分別為 88.5 和 96.8 F·g?1，體積比電容分別為 106 和 116 F·cm?3；NBV/MXene 和 NSV/MXene 在 1.0 mol·L?1LiNO3電解液中的比電容分別為 114 和 180 F·g?1，體積比電容分別為 137 和216 F·cm?3. 圖 9（g）展示了 NBV/MXene和 NSV/MXene在兩種電解液中不同電流密度下的比電容的計算曲線，由圖可知 NSV/MXene 在 1.0 mol·L?1LiNO3電解液中具有最高的比電容. 同時可以觀察到電極材料的比電容隨著電流密度的增加而降低，這是由于電解質傳輸的極化，粒子擴散或電荷轉移所致[24?25].

圖8 掃速為 50 mV·s?1的不同試樣的贗電容貢獻率. （a）NBV/MXene 在 1 mol·L?1 Na2SO4；（b）NSV/MXene 在 1 mol·L?1 Na2SO4；（c）NBV/MXene 在 1 mol·L?1 LiNO3；（d）NSV/MXene 在 1 mol·L?1 LiNO3Fig.8 Pseudocapacitance contribution rate of samples at 50 mV·s?1:(a) NBV/MXene in 1 mol·L?1 Na2SO4; (b) NSV/MXene in 1 mol·L?1 Na2SO4;(c) NBV/MXene in 1 mol·L?1 LiNO3; (d) NSV/MXene in 1 mol·L?1 LiNO3

圖9 （a）MXene 和純 V2O5電極材料在 1 A·g?1時分別在兩種電解液中的恒流充放電曲線對比圖；（b）NBV/MXene 在 1 mol·L?1 Na2SO4，（c）NSV/MXene 在 1 mol·L?1 Na2SO4，（d）NBV/MXene 在 1 mol·L?1 LiNO3和（e）NSV/MXene 在 1 mol·L?1 LiNO3的恒流充放電曲線；（f）NBV/MXene 和 NSV/MXene 在 1 mol·L?1 Na2SO4，NBV/MXene 和 NSV/MXene 在 1 mol·L?1 LiNO3在 1 A·g?1的恒流充放電曲線對比圖；（g）不同樣品在不同電解液中不同電流密度電容量對比圖Fig.9 (a) GCD curves of MXene and pure V2O5at 1 A·g?1 in different electrolytes; GCD curves for NBV/MXene in 1 mol·L?1 Na2SO4(b), NSV/MXene in 1 mol·L?1 Na2SO4(c), NBV/MXene in 1 mol·L?1 LiNO3(d), and NSV/MXene in 1 mol·L?1 LiNO3(e); (f) GCD curves of the electrode materials at 1 A·g?1 in different electrolytes; (g) comparison diagram of specific capacitance for different samples at different densities in different electrolytes

從圖10可以看出，每條Nyquist曲線都由兩部分組成：高頻區域的半圓環和低頻區的陡直直線[26].高頻區域與X軸的截距反應了體系的等效串聯電阻（Rs），主要由材料本身的內阻，電極-電解液接觸電阻和電解液電阻等；圓環的直徑反應了電荷轉移電阻（Rct）；低頻區的直線反應電解液中的電荷在電極表面的擴散電阻. 由圖10（a）可以看出MXene 在 1.0 mol·L?1LiNO3電解液中的Rs較低，而 V2O5在 1.0 mol·L?1Na2SO4電解液中的Rs較低，但二者 在 1.0 mol·L?1LiNO3電 解液中的Rct均較低. 由圖10（b）可以得出NBV/MXene 和NSV/MXene在 1.0 mol·L?1LiNO3電 解液 中Rs分 別 為 3.86 和2.95 Ω，Rct分別為 2.84和 2.12 Ω；NBV/MXene和NSV/MXene 在 1.0 mol·L?1Na2SO4電解液的Rs分別為 2.79 和 2.69 Ω，Rct分別為 5.44 和 1.85 Ω. 由此可得出 NSV/MXene 在 1.0 mol·L?1LiNO3電解液中的Rct最低，這應歸功于此電極材料的結構特征，為離子和電子提供了高效的傳導途徑[27?29].

3 結論

（1）通過水熱法在MXene表面成功地負載了帶狀和片狀納米五氧化二釩顆粒. 此種方法不但擴大了MXene的層間距還使復合后的納米材料具有更好的電化學性能.

（2）NBV/MXene和 NSV/MXene作為超級電容器電極材料在Na2SO4和LiNO3電解液中均有良好的電容特性. 尤其NSV/MXene具有較大的比表面積以及特殊的結構，使其在 1 mol·L?1LiNO3電解液中的比電容最大.

（3）以MXene作為支撐材料并采用水熱法在其表面負載金屬氧化物是簡便易行的. 經過結構表征和電化學性能測試后說明NSV/MXene是一種很有潛力的超級電容器電極材料.