【成果簡(jiǎn)介】

    中科院大連化物所吳忠?guī)浹芯繂T帶領(lǐng)二維材料與能源器件研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種同時(shí)氧化和堿化的新策略，一步法實(shí)現(xiàn)了二維金屬碳化物納米片（Ti3C2 MXene）向超薄鈦酸鈉或鈦酸鉀納米帶的轉(zhuǎn)變，發(fā)現(xiàn)其具有優(yōu)異的儲(chǔ)鈉和儲(chǔ)鉀性能。研究成果以“Ti3C2 MXene-Derived Sodium/Potassium Titanate Nanoribbons for High-Performance Sodium/Potassium Ion Batteries with Enhanced Capacities”為題發(fā)表在2017年5月1日的ACS Nano期刊上。

    【圖文導(dǎo)讀】

    圖1 掃描電鏡圖

   (a,b)為Ti3C2 MXene,（c,d）為M-NTO,（e,f）為M-KTO的掃描電鏡圖。a,c,e中的插圖分別為Ti3C2 MXene粉，M-NTO粉和M-KTO粉的照片。

   (g,h) 分別為M-NTO和M-KTO的元素映射分析。

    圖2 XRD，拉曼和XPS的表征結(jié)果

    Ti₃C₂ MXene，M-NTO和M-KTO的(a)X射線衍射圖譜，(b)拉曼光譜，(c)XPS全譜，(d)C1 XPS譜。  M-NTO和M-KTO的（a）X射線衍射圖譜，（b）拉曼光譜，（c）XPS全譜，（d）C1 XPS譜。

    【研究?jī)?nèi)容】

    是一類新型二維金屬碳（氮）化物納米片，具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。一般由三元MAX相經(jīng)化學(xué)刻蝕剝離制得，其中M指過(guò)渡族金屬（如Ti、V、Nb、Ta等），A指Al、Si等，X指C、N。常見(jiàn)的Ti3C2 MXene表面具有大量的含氧/氟官能團(tuán)，作為儲(chǔ)能電極材料時(shí)易產(chǎn)生較大的不可逆容量，導(dǎo)致可逆比容量與庫(kù)倫效率較低。因此，需要研發(fā)結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定的MXene基新型電極材料。

    該研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)設(shè)計(jì)一種同時(shí)氧化和堿化的新過(guò)程，一步法實(shí)現(xiàn)了二維金屬碳化物納米片（MXene）向超薄鈦酸鈉或鈦酸鉀納米帶的轉(zhuǎn)變，所制備的納米帶具有較大的層間距（0.90~0.93 nm）、超薄厚度（<11 nm）、較窄寬度（<60 nm）以及開(kāi)放的大孔結(jié)構(gòu)，有利于充放電過(guò)程中電解液離子的快速傳輸以及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。因此，該類鈦酸鈉納米帶在200 mAg-1電流密度下展現(xiàn)出高達(dá)191 mAhg-1的比容量，鈦酸鉀納米帶具有優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性，超過(guò)900次的穩(wěn)定循環(huán)且保持較高比容量，明顯優(yōu)于其它的鈦基納米材料。

    據(jù)了解，Ti3C2二維納米片只是60余種MXene家族中的一種，此項(xiàng)研究工作為開(kāi)發(fā)新型MXene衍生功能納米材料開(kāi)辟了新的途徑。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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