【摘 要】
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电磁波辐射污染加重和淡水资源的匮乏是全球所有国家需要面临的重要问题。因此,高效的吸波材料和海水淡化材料探究日趋重要。Ti3C2Tx材料高电导率、纳米尺度的厚度、表面积大、表面原子比例高、悬挂键增多、界面极化和多重散射成为重要的吸波机制,使得Ti3C2Tx材料有望成为性能优异的吸波材料;Ti3C2Tx材料具有独特的二维（2D）结构、高亲水性、选择性吸收和高的光热转换效率（～100%）此类性能,这使得
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电磁波辐射污染加重和淡水资源的匮乏是全球所有国家需要面临的重要问题。因此,高效的吸波材料和海水淡化材料探究日趋重要。Ti3C2Tx材料高电导率、纳米尺度的厚度、表面积大、表面原子比例高、悬挂键增多、界面极化和多重散射成为重要的吸波机制,使得Ti3C2Tx材料有望成为性能优异的吸波材料;Ti3C2Tx材料具有独特的二维（2D）结构、高亲水性、选择性吸收和高的光热转换效率（～100%）此类性能,这使得Ti3C2Tx材料在海水淡化方面具有广阔的研究前景。本文以Ti3C2Tx为起始材料,采用不同氧化条件,原位氧化制备Ti3C2Tx/TiOx复合材料,研究了 Ti3C2Tx/TiOx复合材料的氧化机理、介电性能和吸波性能;采用静电结合将Ti3C2Tx与三聚氰胺甲醛树脂结合,然后通过高温高压碳化生成C包覆N-Ti3C2Tx陶瓷材料,探究材料的结构优异性、海水淡化性能、阻盐性能和耐酸雨腐蚀性能。本文的主要研究内容如下:（1）不同氧化条件下制备的TiOx/Ti3C2Tx材料,通过微观结构分析揭示了 Ti3C2Tx材料的氧化机理。在氧化反应过程中,随着氧化程度增加,氧化区域不同。氧化初期,氧化主要集中在Ti3C2Tx材料表面含氧终止基团和与之相对应的Ti原子结合生成的TiO2为相对稳定的金红石晶型;随着氧化程度提高,Ti3C2Tx材料中Ti-C键打开,氧化区域主要在结合能较低的Ti原子（Ti2）反应,而后与结合能高的Ti原子（Ti1）反应,此过程中所需能量多,氧化形成的TiO2材料不足以形成稳定的金红石相,因此以锐钛矿晶型出现,直至Ti原子完全被氧化。（2）空气氧化条件下制备的TiOx/Ti3C2Tx材料,从结构上可以发现生成的TiO2颗粒发生团聚,尺寸较大,多以块体形式出现与Ti3C2Tx材料构成3D/2D异质结构,且伴随着氧化程度提高,Ti3C2Tx材料结构发生坍塌、破损形成缺陷。随着氧化持续进行,吸波性能会先升高然后降低。在250℃管式炉条件氧化1小时形成的异质结构具有最好的吸波性能,在材料厚度为2.4mm时,8.5-11.5GHz全波段反射率小于-10dB。（3）水氧化最为温和,在35℃条件下生成的TiO2颗粒尺寸较小（以纳米点形式存在）与2D的Ti3C2Tx材料构成0D/2D异质结构,随着温度提高到50℃时TiO2尺寸增大、团聚,因此TiOx/Ti3C2Tx复合材料的异质界面出现明显增大,从而致使其介电性能、吸波性能提高。（4）发现在过氧化氢溶液氧化过程中,在不同浓度条件下其吸波性能都相对较差,其主要原因在于:较低浓度的过氧化氢溶液氧化,生成的TiOx材料较少,TiOx/Ti3C2Tx复合材料体系复介电常数虚部较高,使材料自身不满足阻抗匹配,因此进入材料内部的电磁波较少,而大多数的电磁波在材料表面就反射,电磁吸收性能不好;而过氧化氢溶液浓度增加,由于过氧化氢自身具有较高的氧化性,会将Ti3C2Tx材料中的Ti氧化成其他价态,破坏Ti3C2Tx结构,大幅度降低TiOx/Ti3C2Tx复合材料体系复介电常数虚部,使材料自身对电磁波损耗降低。（5）在氢氧化钠溶液条件下氧化制备的TiOx/Ti3C2Tx材料,氢氧化钠溶液中的钠离子进入材料体系中,导电粒子的相互接触从而使材料形成导电通道提高了材料的介电常数虚部。过高的介电常数虚部会提高材料的电磁波损耗,但同时会降低材料的阻抗匹配。在氢氧化钠溶液浓度1mol/L条件氧化1小时具有最好的吸波性能,在材料厚度为6.5mm时,具有最好的吸波性能。（6）C包覆N-Ti3C2Tx陶瓷材料其独特的3D/2D结构,增加Ti3C2Tx层之间的间距和孔隙率从而增加并提高了供水速率及盐离子回流速率,C包覆N-Ti3C2Tx陶瓷材料具有高的光吸收效率（89%）、低的热反射率（0.37）、低的热导率（0.21 Wm-1 k-1）。C包覆N-Ti3C2Tx陶瓷材料在一个太阳光照强度下可以表现出更高的蒸发效率（1.39kg m-2 h-1）和更高的能量转换效率（83%）。在低盐水浓度（3.5wt%-9.5wt%）条件下,在1小时蒸发效率仍维持在1.33 Kg·m-2 h-1,即低盐度耐受性;C包覆N-Ti3C2Tx陶瓷材料的蒸发器在7天5小时的峰值日光条件下能够稳定高效地工作。在模拟酸雨条件下,C包覆N-Ti3C2Tx陶瓷材料在1500mm降雨仍保持着高效蒸发效率（蒸发效率仅降低0.064 Kg·m-2 h-1）。
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