研究速览

■ 近日，浙江大学的韩伟强教授团队，在国际知名期刊Journal of Materials Chemistry A上发表题为“In-Situ Fabrication of MXene/CuS Hybrids with Interfacial Covalent Bonding via Lewis Acidic Etching Route for Efficient Sodium Storage”的研究论文。该论文提出了一种基于路易斯酸刻蚀路线原位制备Ti3C2Tx MXene/CuS (Tx=-O、-Cl)复合材料的简单方法。在Ti3C2Tx/CuS复合材料中，CuS纳米颗粒通过Ti-O-Cu界面共价键原位生长并牢固锚定在Ti3C2Tx MXene基底中，所制备得到的Ti3C2Tx/CuS复合材料用作钠离子电池负极时表现出优异的储钠性能。

Part1

▉  研究摘要  ▉

■ 近日，浙江大学的韩伟强教授团队，在国际知名期刊Journal of Materials Chemistry A上发表题为“In-Situ Fabrication of MXene/CuS Hybrids with Interfacial Covalent Bonding via Lewis Acidic Etching Route for Efficient Sodium Storage”的研究论文。该论文提出了一种基于路易斯酸刻蚀路线原位制备Ti3C2Tx MXene/CuS (Tx=-O、-Cl)复合材料的简单方法。在Ti3C2Tx/CuS复合材料中，CuS纳米颗粒通过Ti-O-Cu界面共价键原位生长并牢固锚定在Ti3C2Tx MXene基底中，所制备得到的Ti3C2Tx/CuS复合材料用作钠离子电池负极时表现出优异的储钠性能。

■ 基于此，浙江大学的韩伟强教授团队提出了一种基于路易斯酸刻蚀路线原位制备Ti3C2Tx/CuS复合材料的简单方法。与MXene/过渡金属硫化物传统的繁杂制备方法相比，本文中提出的策略缩短了Ti3C2Tx/CuS复合材料的制备步骤，显着提高了实验过程的安全性且实现了路易斯酸刻蚀产物的高效利用。由于Ti3C2Tx MXene对CuS的牢固锚定作用和提升的传荷/传质动力学，所制备得到的Ti3C2Tx/CuS复合材料用作钠离子电池负极时表现出优异的长循环稳定性（在3 A g-1下循环800次后比容量为347.0 mAh g-1）和出色的倍率性能（在8 A g-1 时比容量为346.3 mAh g-1）。此外，理论计算进一步表明了Ti3C2Tx/CuS复合材料的电子电导率和对钠的吸附能力均得到提升。

Part2

▉  研究要点1  ▉

■ 作者首先用CuCl2·2H2O路易斯酸在750 ℃下对Ti3AlC2 MAX前驱体进行刻蚀，得到金属Cu修饰的Ti3C2Tx MXene复合材料，接着对Ti3C2Tx/Cu在管式炉中进行硫化处理即可原位制备得到Ti3C2Tx/CuS复合材料。通过XRD可以证实复合材料的成功制备，通过XPS可以证实Ti-O-Cu界面化学键的存在，通过SEM和TEM等可以证实CuS纳米颗粒均匀地负载在Ti3C2Tx MXene的基体中。

图1. Ti3C2Tx/CuS复合材料的形貌表征。

▉  研究要点2  ▉

■ 作者将制备得到的Ti3C2Tx/CuS复合材料用作钠离子电池负极，得益于提升的电子电导率和钠离子扩散动力学以及Ti3C2Tx MXene优异的应力释放能力，Ti3C2Tx/CuS负极表现出优异的长循环性能（在3 A g-1下循环800次后比容量为347.0 mAh g-1）和出色的倍率性能（在8 A g-1 时比容量为346.3 mAh g-1）。密度泛函理论计算进一步表明了Ti3C2Tx/CuS复合材料的电子电导率和对钠的吸附能力均得到提升。此外，由Ti3C2Tx/CuS负极与Na3V2(PO4)3正极配对组装的全电池同样表现出令人满意的循环性能。

图2. Ti3C2Tx/CuS负极材料的储钠性能。

Part3

▉  研究总结  ▉

■ 作者成功地展示了一种简单易行的策略用于Ti3C2Tx/CuS复合材料的原位制备，该策略实现了路易斯酸刻蚀产物的高效应用、阻止MXene发生氧化、缩短了制备步骤且大大降低了实验过程的风险。CuS纳米颗粒通过Ti-O-Cu共价键原位生长并紧固锚定在Ti3C2Tx MXene基底中。得益于高导电性的Ti3C2Tx MXene和CuS之间的协同效应，Ti3C2Tx/CuS复合材料表现出提升的传荷/传质动力学和优异的结构稳定性，从而极大地改善了其储钠性能。此工作为路易斯酸熔融盐刻蚀方法的发展提供了新的见解，可能会给更多的研究人员带来灵感。

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