热还原MAX相制备MXene纳米片用于高性能锂电池

二维MXene作为新兴的二维纳米材料的重要组成部分，近年来受到了广泛的关注，特别是在能源相关领域。遗憾的是，由于通常使用危险的蚀刻剂，可控合成纯度较高的MXenes仍然是一个挑战。很期待提出一种简单、可控、有效的绿色生产MXene的方法。

成果简介

近日，昆士兰科技大学的孙子其教授和西南交通大学的胡春峰教授在国际著名期刊Chemical Engineering Journal发表了题目为“Thermal reduction of sulfur-containing MAX phase for MXene production”的论文。在这项工作中，创新地提出了一种热还原策略由含硫MAX相制备MXenes纳米片，其中弱键结合的S原子与氢气发生反应形成挥发性气体，并留下二维石墨烯状的Ti₂C纳米片。作为一种很有前途的电化学负极材料后，制得的MXene基锂电池具有良好的初始放电能力，约为 200 mAh g⁻¹。此外，2.0 A g⁻¹下超过130次循环后容量仍保持在70 mAh g⁻¹，展示出良好的倍率性能和循环稳定性。因此，这项工作为MXene的制备提供了一种全新的方法，并丰富了能源器件的MXene基电极材料。

图 1 2D Ti₂C MXene的制备示意图。

图 2 不同温度还原含硫MAX相后的晶型。

图 3 不同温度还原含硫MAX相后的形貌和结构。

图 4 超声后Ti₂C MXene的形貌和结构。

图 5 热还原前后2D Ti₂C MXene的XPS分峰。

图 6 2D Ti₂C MXene的电化学性能。

图 7 循环后2D Ti₂C MXene的奈奎斯特图和TEM图。

结 论

总之，创新地提出了一种由含硫MAX相经热还原策略制备MXenes纳米片。实验证明，最佳还原温度为800℃，得到的MXene具有明显的二维片状结构。制得的MXene基锂电池具有良好的初始放电能力，约为 200 mAh g⁻¹。此外，2.0 A g⁻¹下超过130次循环后容量仍保持在70 mAh g⁻¹，展示出良好的倍率性能和循环稳定性。这项工作促进了MXene的大规模制备和MXene基可充电电池材料的工业应用。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894720311037

信息来源：MXene学术

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