MXenes的表面改性及其在碱金属离子电池中应用的研究进展

发布时间：2024-12-10 21:44

　　 二维(2D)MXenes纳米材料因其独特的物理/化学性质以及在能源材料中的广泛应用而备受关注。然而,MXenes在电化学储能领域面临诸多问题,如固有的低容量、自堆叠、不利的表面官能团等。针对以上问题,迫切需要对MXenes材料进行表面改性,以提高储能系统的性能,解决其在发展高性能储能技术的问题。本文简要总结了MXenes的合成方法,介绍了基于MXenes表面改性的最新研究进展,探讨了MXenes纳米复合材料的性能以及在锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池等碱金属离子电池中的应用。最后,对MXenes纳米复合材料在未来碱金属离子电池的应用中所面临的挑战和发展前景进行了展望。

【文章页数】：14 页

【部分图文】：

图1 (a)元素周期表中的元素反应形成MAX相[13];(b) MAX相和相应MXenes的结构[14]

通常,MXenes是指从金属-陶瓷MAX相通过去除层间A原子提取MnXn-1(n=2,3,4)层(MAX,其中M=早期过渡金属;A=IIIA族或IVA族元素;X=C,N)[13]。如图1所示,MAX相中的M和X原子堆叠成六边形晶格,X原子占据边缘共享的M八面体笼的中心。在去除....

图3 Ti3C2/Ni-Co-Al-LDH纳米片异质结构体的制备示意图[75]

2016年,Wang等[41]利用原子对分布函数解析了Ti3C2TxMXene的表面结构。证实了两个相邻Ti3C2Tx层之间强烈的层间相关性来源于F…H-O氢键,表明氢键和范德华力相互作用可能是MXenes的表面自组装驱动力。如图3所示,2018年作者等[75]实现了带负电荷的T....

图2 (a)从Ti3C2到NaTi2(PO4)3的示意图,其中Ti3C2被部分氧化成TiO2,然后与PO3-4和Na+反应形成NaTi2(PO4)3;(b)MXene@NTP-C纳米带的合成策略,其包括刻蚀-剥离工艺以制备Ti3C2 MXene和下一个转化-煅烧步骤以获得最终产物[62]

通过对MXenes的表面氧化和改性研究,这些表面原子层的反应为在MXenes上形成外来氧化物纳米结构开辟了新的途径。然而,这些表面原子的可控反应仍然是一个巨大的挑战。Gogotsi等[33,59]提出,可以预测双过渡金属MXenes中的金属原子分布。特别是Mo原子更倾向于占据富M....

图4 (a)通过范德华力相互作用在THF中的MXenes纳米片上简单地自组装TMO纳米结构(包括TiO2纳米棒和SnO2纳米线)的示意图。(b) SnO2@MXene异质结构的低倍TEM。 (c) SnO2纳米线,MXene纳米片和SnO2@MXene异质结构的倍率性能[87]

最近作者等[89]结合原位硅酸盐水解和低温还原方法合成的Si/Ti3C2MXene复合材料用于锂离子电池的负极表现出了优异的电化学性能。Ti3C2MXene不仅可以为Li+和电子提供快速传输通道,还可以减少循环过程中Si的体积膨胀。此外,Ti3C2MXene优异的赝电容性能....

本文编号：4015703