ACS Nano：合理化设计支柱SnS/MXene复合结构用于高性能储锂

二维材料因其特殊的物理和化学特性，已被广泛用作锂离子电池（LIB）的电极。MXene具有优异的性能，在能量存储中得到了广泛的探索。但是，相关应用研究大多数在多层MXene上进行，或在碳材料的辅助下进行的。MXene的两个最独特的特性通常被忽略，它有较大的层间间距和丰富的表面化学特性，这使MXene与其他二维材料区分开来。

最近，浙江大学韩伟强教授课题组在国际知名学术期刊ACS Nano上发表一篇题目为:Rational Design of Pillared SnS/Ti₃C₂T_x MXene for Superior Lithium-Ion Storage的研究论文，本文通过改进的溶液相絮凝方法制备少层MXene（f-MXene）纳米片粉末，避免了f-MXene纳米片在制备过程中的重堆积现象和储存过程中的氧化问题。通过进一步利用溶剂热反应和退火处理，我们成功地原位合成了TiO₂纳米粒子修饰的柱状的SnS/Ti₃C₂T_x复合材料。在复合材料中，MXenes可以起到导电网络的作用，作为SnS体积膨胀的缓冲基质，而活性SnS纳米片可以充分发挥其高容量的优势，并在循环过程中进一步诱导Ti₃C₂T_x的层间工程。柱状SnS/Ti₃C₂T_xMXene复合材料在电化学性能方面显示出明显的改善。并在随后的循环中容量显著增加，这可以归因于Ti₃C₂T_x MXenes的“桩效应”。在这项工作中所做的努力和尝试可以进一步拓宽柱状MXene复合材料的研发。该工作第一作者为浙江大学张顺龙博士。

图1.（a）少层Ti₃C₂T_x MXene粉末和（b）SnS / Ti₃C₂T_x复合材料的制备流程示意图

图2.样品的物理表征XRD图和XRS图谱

图3. 样品的SEM和TEM图谱

图4. SnS / Ti₃C₂T_x复合材料的电化学性能

图5. 三个样品的电化学性能对比及SnS / Ti₃C₂T_x动力学分析

本文从考虑MXenes的两个最易于区分的属性出发，丰富表面化学组成和层间距大，通过将SnS纳米片紧紧固定于少层Ti₃C₂T_x电极成功制备了目标产物柱状的SnS /Ti₃C₂T_x复合物，通过CTAB预先柱状支撑，然后进行溶剂热反应和退火工艺。SnS /Ti₃C₂T_x复合材料可充分提供高容量，抑制SnS的体积问题，并表现出出色的电导率和Ti₃C₂T_x可调节夹层工程，可实现出色的锂离子存储能力：它们在100 mA / g时表现出1254.3 mAh / g的高放电容量，在500 mA / g的300次循环后仍保持866 mAh / g。即使在5000 mA / g的较高电流密度下，比容量也可以达到787.7 mAh / g，这证明了复合材料优异的倍率性能。由于金属硫化物和MXene之间的“柱状效应”，可以在随后的循环中观察到容量上升现象，这成功地拓宽了柱状MXene复合材料的领域，从多层MXene到f-MXenes，从金属氧化物到金属硫化物。可以相信， MXenes的柱支撑策略在未来将有更广泛的应用，从而产生了一系列的杰出研究。

文献链接：

https://doi.org/10.1021/acsnano.0c08770