氮掺杂已被证明是改善二维MXene材料电化学性能的一种简便的改性策略，大量的储能应用候选材料已被报道。然而，其潜在的机制，特别是氮掺杂物的位点及其对MXene材料电化学性能的影响，在很大程度上仍有待探索。

成果简介

近日，中南大学的ZhengMing Sun教授在国际顶级期刊Advanced Functional Materials发表了题目为“Nitrogen-Doped Ti₃C₂ MXene: Mechanism Investigation and Electrochemical Analysis”的论文。本文通过理论模拟和实验表征，全面揭示了Ti₃C₂T_x MXene中氮的掺杂机理。在Ti₃C₂T_x中发现了三个可能的位点来结合氮掺杂物:晶格取代(碳)，功能取代(-OH)和表面吸附(-O)。电化学测试结果表明，三种氮掺杂均有利于提高Ti₃C₂T_x电极的比电容，并成功区分了其影响因素。本工作通过揭示Ti₃C₂T_x中的氮掺杂机制，为调节储能应用的MXene材料的电化学性能提供了理论指导。

图 1 N掺杂MXene的示意图。

图 2 计算得电子密度和振动密度。

图 3 N掺杂MXene的形貌。

图 4 N掺杂MXene的结构。

图 5 N掺杂MXene的电化学性能。

表 1 氮掺杂对MXene材料总电容的影响机理及潜在影响因素。

结 论

揭示了Ti₃C₂T_x MXene中三个可能结合氮掺杂物的位点:碳原子的LS和-OH官能团的FS以及与-O端有关的SA，形成能分别为-1.31 eV、-4.71 eV和-2.87 eV。制备的MXene电极的电化学测试表明总电容可分为两部分:扩散控制部分主要与本体元素的氧化还原反应有关，主要依赖于Ti元素在Ti₃C₂T_x MXene中的氧化态，以及电容器件，这些强烈地受到层间距、表面吸收和官能团的影响。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202000852

信息来源： MXene学术

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