二维金属碳化物(MXene)基储能材料研究取得新进展
发布时间:2017-08-18 08:48:34      供稿部门:DNL21T3

      DNL二维材料与能源器件研究组(DNL21T3)吴忠帅研究员团队通过在KOH溶液中震荡处理二维金属碳化物纳米片(MXene),成功制备层间距扩大的碱化MXene纳米带,并发现其具有优异的储钠和储钾性能。相关研究成果发表在《纳米能源》(Nano Energy)杂志上(DOI: 10.1016/j.nanoen.2017.08.002)。

      MXene是一类新型二维金属碳(氮)化物纳米片,常见的Ti3C2 MXene片已被证实是一种先进储能电极材料,但传统由氢氟酸刻蚀制备的MXene材料存在层数堆叠严重、层间距较小,作为电极材料时比容量较低且循环性能差。因此,急需开发结构和性能稳定的MXene基新型储能材料。
      该研究团队发展了一种KOH溶液震荡处理Ti3C2 MXene的新策略,一步法实现了碱化Ti3C2 MXene纳米带(a-Ti3C2 MNRs)的制备,a-Ti3C2 MNRs具有较大的层间距(12.5Å)、窄的宽度(6-22nm)、超薄厚度以及开放的网络结构,具有发达的离子和电子快速传输通道,显著提高了电极结构的稳定性。研究发现,a-Ti3C2 MNRs可用作高容量钠离子电池(SIBs)和钾离子电池(PIBs)负极材料,在电流密度为20mA/g时,SIBs和PIBs的可逆容量分别为168mAh/g和136mAh/g;当电流密度增大至200mA/g时,可逆容量分别为84mAh/g和78mAh/g;同时,SIBs和PIBs都表现出良好循环稳定性,在200mA/g的高电流密度下循环500次后,可逆容量仍可分别保持在50mAh/g和42mAh/g,优于大多数已报道的MXene基电极材料。该方法有望推广至其它三维MXene新型结构的构建中,并拓宽MXene类材料的应用范围。
      上述工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家青年千人计划、辽宁省自然科学基金、中国博士后基金等项目的资助。(文/图 董琰峰、赵雪君)
 

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