在过去的几十年中，可充电电池如锂离子电池等因其具有较高的能量密度与宽工作电压范围，得到了广泛且深入的研究。随着需求的日益增长，在能量密度、循环寿命以及电池安全性等问题上需要进一步地改进。下一代先进的锂离子电池已经在这方面取得了一定的进展。更多的注意力应当集中在电极的工艺以及高性能电极材料的开发上，使其具有增强的离子/电子传输能力。

二维材料，通常被定义为有几个原子层厚度以及高横纵比的一类材料，因其具有较大的面积-体积比，被认为是一类理想的电极材料。MXenes，作为一类新兴的2D金属碳化物或碳氮化物，因其金属导电性以及丰富的表面化学在电化学储能领域得到了广泛的关注。MXene是作为锂电的负极材料，具有较高的嵌锂电位，更大的层间距（~1nm）可以保证Li⁺的快速嵌入，进而提升倍率性能。然而，MXenes自身有一些固有的缺陷，如较低的容量。一般的二维材料是一种垂直“面对面”堆叠的结构，这是因为层间存在的一种强烈的范德瓦尔兹力，这对于快速充电是不利的。

最近，南京大学Shaochun Tang教授与南京理工大学Junwu Zhu教授合作在国际知名学术期刊 Chemical Engineering Journal上发表题目为： MXene-based porous and robust 2D/2D hybrid architectures with dispersed Li₃Ti₂(PO₄)₃ as superior anodes for lithium-ion battery Batteries的研究论文，提出了一种避免重堆叠提升稳定性的新策略，进一步提升锂电性能。

图1.LTP-TiO₂/MXene纳米复合物的合成过程。

图2. 2D-2D LTP-TiO₂/MXene纳米结构的SEM图像。

图3. 2D-2D LTP-TiO₂/MXene纳米结构的TEM与HRTEM图像。

图4. MXene，TiO₂/MXene和 LTP-TiO₂/MXene纳米结构的XRD与XPS表征。

图5. 多孔2D/2D LTP-TiO₂/MXene促进储锂性能机理与电化学性能测试。

图6. LTP-TiO₂/MXene纳米复合物的CV图像与动力学性能分析。

本文采用了一种新颖的策略，成功地制备了新型的分级多孔并且具有稳定性的2D/2D复合结构，包括薄Ti₃C₂片与许多垂直相交的TiO₂纳米片，通过有效地熔融盐法，最终形成分散的Li₃Ti₂(PO₄)₃. 这种LTP- TiO₂/MXene作为锂电的负极，在50 mA g^-1的电流密度下储锂容量可以达到204 mAh g^-1，以及较高的倍率性能。良好的性能主要得益于其独特2D/2D复合结构所具有的较高的表面电容贡献。与此同时，复合物杰出的稳定性来自于稳定的复合结构可以缓解体积变化带来的容量损失。这项工作为2D/2D复合结构材料的设计提供了新的思路。

文献链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.127049

信息来源：MXene Frontie

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