大連化物所二維金屬碳化物基儲(chǔ)能材料研究取得新進(jìn)展
2017-08-21 11:17:33
作者：本網(wǎng)整理 來(lái)源：大連化學(xué)物理研究所
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近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所二維材料與能源器件研究組研究員吳忠?guī)泩F(tuán)隊(duì)通過(guò)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(kuò)大的堿化MXene納米帶，并發(fā)現(xiàn)其具有優(yōu)異的儲(chǔ)鈉和儲(chǔ)鉀性能。相關(guān)研究成果發(fā)表在《納米能源》（Nano Energy）雜志上（DOI: 10.1016/j.nanoen.2017.08.002）。
MXene是一類新型二維金屬碳（氮）化物納米片，常見(jiàn)的Ti3C2 MXene片已被證實(shí)是一種先進(jìn)儲(chǔ)能電極材料，但傳統(tǒng)由氫氟酸刻蝕制備的MXene材料存在層數(shù)堆疊嚴(yán)重、層間距較小，作為電極材料時(shí)比容量較低且循環(huán)性能差等問(wèn)題。因此，急需開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定的MXene基新型儲(chǔ)能材料。
該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種KOH溶液震蕩處理Ti3C2 MXene的新策略，一步法實(shí)現(xiàn)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(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有發(fā)達(dá)的離子和電子快速傳輸通道，顯著提高了電極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)，a-Ti3C2 MNRs可用作高容量鈉離子電池（SIBs）和鉀離子電池（PIBs）負(fù)極材料，在電流密度為20mA/g時(shí)，SIBs和PIBs的可逆容量分別為168mAh/g和136mAh/g；當(dāng)電流密度增大至200mA/g時(shí)，可逆容量分別為84mAh/g和78mAh/g；同時(shí)，SIBs和PIBs都表現(xiàn)出良好循環(huán)穩(wěn)定性，在200mA/g的高電流密度下循環(huán)500次后，可逆容量仍可分別保持在50mAh/g和42mAh/g，優(yōu)于大多數(shù)已報(bào)道的MXene基電極材料。該方法有望推廣至其它三維MXene新型結(jié)構(gòu)的構(gòu)建中，并拓寬MXene類材料的應(yīng)用范圍。
上述工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家青年千人計(jì)劃、遼寧省自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后基金等項(xiàng)目的資助。
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