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无氟法制备二维MXenes

时间：2023-05-30 来源：浏览：

无氟法制备二维MXenes

Energist 能源学人

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收录于合集

【研究背景】

MXenes是一种新兴的二维材料，由于其独特的物理化学性质而受到了极大的关注。然而，由于合成过程存在成本高、对环境有害等问题，阻碍了MXenes的广泛应用。

【工作介绍】

近日，山东大学冯金奎课题组提出了一种无氟无酸的物理真空蒸馏策略，直接合成一系列MXenes。具体而言，通过在MAX中引入低沸点元素，然后通过物理真空蒸馏蒸发A元素，制备出无氟MXenes (Ti3C2Tx, Nb2CTx, Nb4C3Tx, Ta2CTx, Ti2NTx, Ti3CNTx等)。这是一个绿色的工艺，不涉及任何酸/碱，所有反应都在真空管炉内进行，避免了对外部环境的污染。此外，通可过控制合成温度来调节MXenes的层状结构和比表面积。因此，合成的Ti3C2Tx MXene具有更好的钠存储性能。该文章发表在国际顶级期刊 Nano Letters 上。安永灵、田园为本文第一作者。

【内容表述】

图1. MXene的制备原理图。(a)熔融盐辅助物理真空蒸馏法合成MXene的示意图，(b) Ti3AlC2 MAX相的示意图；(c, d) Ti3AlC2 MAX与ZnCl2的反应过程及Zn的蒸发过程；(e) Ti3C2Tx MXene的示意图。

图2. 不同温度下合成Ti3C2Tx MXene的结构演变。(a) Ti3C2Tx MXene的结构演化示意图。在(b, f, j) 550℃，(c, g, k) 600℃，(d, h, l) 700℃，(e, i, m) 800℃下获得的产物的(b-e)SEM图，(f-i) N2吸附-脱吸附等温线和(j-m)孔径分布。

图3. Ti3C2Tx MXene的结构和形貌测试。(a)不同温度下合成的Ti3C2Tx MXene的XRD，（b）Ti3C2Tx MXene-700的Ti 2p图，（c）Ti3C2Tx MXene-600的SEM图，（d）Ti3C2Tx MXene-700的TEM图，（e-h）Ti3C2Tx MXene-700的STEM-EDS图。

图4. Ti3C2Tx MXene用于钠离子电池负极材料时的电化学性能。(a) Ti3C2Tx-700负极的循环伏安曲线。(b, c)恒流充放电曲线和(d)循环稳定性，电流密度是200 mA g ^-1 。(e)倍率性能图。(f - h)在(f) 500 mA g ^-1 ， (g) 1000 mA g ^-1 和(h) 2000 mA g ^-1 下的循环稳定性。

图5. Ti3C2Tx MXene的储钠机理。(a) GITT曲线和(b)扩散系数。(c)阻抗图和(d)ω−1/2 vs. Im(ZW)图。(e)不同扫速下的循环伏安曲线。（f）b值。(g)10 mV s ^-1 下的赝电容贡献图。(h)不同扫速下的扩散和赝电容的贡献比例图。

图6. Ti3C2Tx MXene的储钠机理图。

图7. 全电池性能图，正极是NVP，负极是Ti3C2Tx MXene。(a)循环伏安曲线。(b)充放电曲线。(c)循环性能。(d)倍率性能。(e)阻抗图。(f) ω ^−1/2 vs. Im(ZW)图。

Yongling An, ¹ Yuan Tian, ¹ Quanyan Man, Hengtao Shen, Chengkai Liu, Shenglin Xiong, and Jinkui Feng*, Fluorine- and Acid-Free Strategy toward Scalable Fabrication of Two-Dimensional MXenes for Sodium-Ion Batteries, Nano Lett., 2023.

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c01201

作者简介

冯金奎教授，山东大学材料科学与工程学院教授，博士生导师，国家高层次青年人才入选者，山东省泰山学者青年专家，山东省杰青，钱逸泰院士团队成员，主要研究方向，二次电池关键材料。近五年以通讯作者在Energy Environ. Sci.、ACS Nano、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater、Energy Storage Mater、Nano Today、Nano Energy等期刊发表sci论文80余篇，正面他引超过8000次，高被引论文16篇。

安永灵，香港城市大学博士后，2022年毕业于山东大学。研究方向为高安全和高能量密度电极材料的可控制备及性能与机理研究，相关成果发表在Materials Today、Nano Today、Advanced Functional Materials、Nano Energy、Energy Storage Materials、ACS Nano、Nano Letters等期刊（）。

田园，University of Western Ontario博士后，2021年毕业于山东大学，主要围绕高能量密度电极和MXene基材料研究改善锌离子电池/锌金属电池/钾离子电池/锂离子电池性能的机理、方法和新材料，近期最新成果发表在Materials Today, Advanced Energy Materials (封面), Energy Storage Materials, Nano Energy, ACS Nano, Nano Letters等国际知名杂志上(tysdu_)。

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2023-05-28