CAEJ综述：MXene基纳米复合物用于储能

【研究背景】

新型的纳米材料和先进的纳米技术促进了可持续能源转换与储存技术的快速发展，一类正在兴起的二维过渡金属碳氮化物，也就是大家所熟知的MXenes，近年来引起了研究者们日益增长的关注并进行了深入的研究。得益于其独特的固有属性，被认为是非常有前景的一类用于环境友好型能源的替代材料。大量的研究表明，MXenes在储能与催化领域具有较大的应用前景。除了其优异的性能以外，MXenes还具有一些固有的不足，如低容量与不稳定的性能，极大地阻碍了其实际的应用。近日，青岛大学Jingquan Liu教授在国际知名学术期刊Chemistry—A European Journal上发表题目为MXene-Based Nanocomposites for Energy Conversion and Storage Applications的综述文章，系统地总结了MXenes及其复合物材料的最新研究进展，包括小分子，聚合物，碳或过渡金属及其在储能领域的应用，如在不同的电池，超级电容器，析氢/产氧反应，电磁吸附/屏蔽和太阳能蒸汽发电等。并对未来的研究方向与机遇做出展望。

【图文导读】

图1. Ti₃AlC₂的HF剥离过程示意图以及相应的理论计算。

图2.rGO/Ti₃C₂T_x 膜； MXene/CNT水凝胶；MXene水凝胶以及修饰的MXene/多孔石墨烯膜的合成过程；

图3. Ti₃C₂T_x @富含N/O碳布；NiCo₂S₄/MXene复合物；Ti₃C₂T_x/MnO₂混合分散液以及复合纸；通过喷墨印刷方式制备的MXene基固态微电容器。

图4. PDT/Ti₃C₂T_x膜电极；利用激光切割MXene/细菌纤维素复合纸用于全固态可拉伸微型超级电容器；石墨烯包覆的, Ti₂CT_x@聚苯胺复合物。

图5. Ti₃C₂@NiCoP复合物及工作机理；Ti₃C₂/Si复合物；Mo₂S/MXene复合物。

图6. S@Ti₃C₂T_x墨水的制备；a-Ti₃C₂-S/d-Ti₃C₂/PP电极用于锂硫电池；稳定自支撑的导电Ti₃C₂T_x/S纸；褶皱状Ti₃C₂T_x/S复合物。

图7. Ti₃C₂T_x-CoBDC复合物用于催化；介孔NiFe-LDH纳米片生长在大孔MXene/NF上；3D MXene水凝胶结构；Co-MoS₂/Mo₂CT_x纳米复合物的形成。

图8. Ti₃C₂T_x球与rGO/ Ti₃C₂T_x泡沫及其电磁吸附模型；f-Ti₃C₂T_x/SiC纳米线复合泡沫。

图9. MXene/PI气凝胶；MXene/Ni复合物的电磁屏蔽机理。

图10.超薄Ti₃C₂纳米片；MXene/纤维素膜；疏水的d- Ti₃C₂膜

【总结与展望】

尽管在过去的几年中，MXenes的相关研究已经取得了巨大的进步，一系列重要的挑战仍然亟待我们去解决。i) MXenes具有优异的亲水性，得益于其表面的官能团的存在，氟基刻蚀剂的使用会导致不可避免的生成一些表面官能团。寻找新的方法实现对官能团的均一可控，对于MXene未来的发展十分重要；ii）在合成过程中，MXene纳米片的重堆叠会限制电解液离子的进入以及高效利用，层间工程可以有效的避免或减轻重堆叠障碍；iii）很明显，比表面积和反应位点可以通过减少厚度来实现大幅度地提高；iv）形貌修饰对于提升活性位点，孔体积以及比表面积也十分重要，进而可以进一步的提升性能。

文献链接：

https://doi.org/10.1002/chem.202000191

信息来源：MXene Frontier

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