中科院大連化物所吳忠帥團隊：二維金屬碳化物基儲能材料研究取得新進展

【成果簡介】

近日，中國科學院大連化學物理研究所二維材料與能源器件研究組研究員吳忠帥團隊通過在KOH溶液中震蕩處理二維金屬碳化物納米片（MXene），成功制備了層間距擴大的堿化MXene納米帶，并發現其具有優異的儲鈉和儲鉀性能。相關研究成果發表在Nano Energy雜志上（DOI: 10.1016/j.nanoen.2017.08.002）。

【圖文導讀】

圖1 a-Ti₃C₂ MNRs的制備

（a）a-Ti₃C₂ MNRs的合成示意圖

（b-d）低放大倍數的SEM圖像

圖2 結構表征

（a）XRD圖

（b）C1s XPS和K2p XPS圖譜

（c）O1s XPS圖譜

（d）氮吸附等溫線圖

【研究內容】

MXene是一類新型二維金屬碳（氮）化物納米片，常見的Ti₃C₂?MXene片已被證實是一種先進儲能電極材料，但傳統由氫氟酸刻蝕制備的MXene材料存在層數堆疊嚴重、層間距較小，作為電極材料時比容量較低且循環性能差等問題。因此，急需開發結構和性能穩定的MXene基新型儲能材料。

該研究團隊發展了一種KOH溶液震蕩處理Ti₃C₂?MXene的新策略，一步法實現了堿化Ti₃C₂?MXene納米帶（a-Ti₃C₂?MNRs）的制備，a-Ti₃C₂?MNRs具有較大的層間距（12.5?）、窄的寬度（6-22nm）、超薄厚度以及開放的網絡結構，具有發達的離子和電子快速傳輸通道，顯著提高了電極結構的穩定性。研究發現，a-Ti₃C₂?MNRs可用作高容量鈉離子電池（SIBs）和鉀離子電池（PIBs）負極材料，在電流密度為20mA/g時，SIBs和PIBs的可逆容量分別為168mAh/g和136mAh/g；當電流密度增大至200mA/g時，可逆容量分別為84mAh/g和78mAh/g；同時，SIBs和PIBs都表現出良好循環穩定性，在200mA/g的高電流密度下循環500次后，可逆容量仍可分別保持在50mAh/g和42mAh/g，優于大多數已報道的MXene基電極材料。該方法有望推廣至其它三維MXene新型結構的構建中，并拓寬MXene類材料的應用范圍。

上述工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、國家青年千人計劃、遼寧省自然科學基金、中國博士后基金等項目的資助。

原文鏈接：http://paper.sciencenet.cn//htmlpaper/2017821123359244681.shtm

文獻鏈接：Alkalized Ti₃C₂ MXene nanoribbons with expanded interlayer spacing for high-capacity sodium and potassium ion batteries（Nano Energy,2017,DOI：10.1016/j.nanoen.2017.08.002）

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