红磷纳米点@MXenes用于高性能锂/钠电

【研究背景】
        MXenes作为一种新兴的二维(2D)材料，在储能系统、催化领域、污水处理等领域得到了广泛的关注。众所周知，与其他2D材料相比，Ti3C2Tx MXenes因其金属性电导率而在碱离子(即Li+和Na+)电池[锂离子电池和钠离子电池(LIBs/SIBs)]中的应用特别有吸引力。然而，由于其320 mA h/g的理论容量较低，阻碍了其在可充电电池中的进一步应用。与MXenes相比，磷(P)在理论容量(2595 mA h/g)方面具有优势，可以与高容量Si和Sn相竞争。而在磷的三种同素异形体(红、黑、白P)中，红磷因其无毒、在空气中稳定性好、成本低等优点，被认为是有吸引力的候选者之一。

【文章简介】
         浙江大学韩伟强团队与悉尼科技大学汪国秀团队共同研究发现，通过球磨的方式将红磷与MXene结合具有优秀的碱离子电池性能。
         以MAX为原料合成的MXenes是一种新型储能材料，具有良好的金属导电性和丰富的表面化学性质。目前报道的MXenes主要由Al基MAX合成。因为很强的Ti - Si键，从硅基MAX中合成MXenes仍然是一个很大的挑战。在此，我们首次报道了一种高能超声细胞破碎提取方法，成功地从硅基MAX中制备出了Ti3C2Tx MXenes，使用的是单一的低浓度腐蚀剂。该方法具有萃取效率高、制备时间短、时间短等优点，可用于硅的选择性刻蚀。此外,通过高能球磨技术,成功地制备了红磷nanodot / Ti3C2Tx (PTCT)复合材料,在锂离子和钠离子具有优秀的电化学性能。这种从Si基MAX和独特的P - O - Ti键合PTCT复合材料中合成Ti3C2TxMXenes的新方法为制备高性能的MXenes基材料打开了一扇新的大门，并为开发用于下一代储能的低成本MXenes和其他二维材料提供了便利。

        该文章发表在知名期刊 ACS Appl. Mater. Interfaces上，题目为：NovelSynthesis of Red Phosphorus Nanodot/Ti3C2Tx MXenes from Low-Cost Ti3SiC2 MAX Phases for Superior Lithium- and Sodium-Ion Batteries

【图文导读】

图一红磷nanodot / Ti₃C₂T_x (PTCT)复合材料合成流程图

图二 刻蚀前后XRD和Raman图对比

图三 刻蚀后SEM以及TEM表征

图四 红磷nanodot /Ti₃C₂T_x(PTCT)复合材料锂电钠电性能测试图

【本文总结】
     综上所述，本文成功地证明了一种新的策略，即使用大量的Ti3SiC2 MAX相，通过高能超声细胞破碎超声处理，使用单一的低浓度蚀刻剂来破坏MAX相的Ti - Si键，来制备多层Ti3C2Tx纳米薄片。特别是我们精心选择了高容量红磷与Ti3C2Tx MXenes结合形成独特的P - O - Ti结合的红磷nanodot/Ti3C2Tx (PTCT)复合材料，充分结合了红磷的高容量与Ti3C2Tx MXenes优异的导电性能。当PTCT电极用于LIBs或SIBs时，PTCT电极在1000个循环中表现出良好的循环稳定性，通过提高P含量，200个循环后LIBs的容量可提高到818.2 mA h/g。钠储能时，初始容量为863.8 mA h/g，电流密度为50 mA/g，循环200次后仍能保持370.2 mA h/g，表现出良好的MXenes基材料的钠储能性能。更重要的是，制备MXenes和基于MXenes的高容量材料的有效、低成本和可扩展的战略可以推广到其他MXenes和用于储能和转换的高容量复合材料。充分整合了红磷的高容量和Ti3C2Tx MXenes优异的导电性。

文献连接：
DOI:10.1021/acsami.9b13308
消息来源：微信公众号 MXene Frontier