1T相二硫化钼MXene异质结用于超级电容器

【研究背景】

Ti3C2Tx作为一种典型的2D MXene，由于其良好的亲水表面，高化学稳定性，可调节的层间间距以及高电导率，优异的循环性能和倍率性能已被广泛用作超级电容器和电池材料。但是，Ti3C2  MXene的低比电容限制了其应用。因此已通过一些研究来提高其比电容，对于基于Ti3C2的异质结构，可将电池型材料与Ti3C2组装在一起。2D / 2D异质结构可以结合不同2D材料的优势，甚至可以通过协同效应表现出提升的性能。2D过渡金属碳化物Ti3C2 MXene和2D 1T-MoS2由于其各自的特性已成为电化学领域中有潜力的材料。然而由于1T-MoS2的不稳定性，缺少复合这两种2D材料协同效应的研究。

【成果简介】
最近，中国科学院Xuebin Zhu教授和Yuping Sun教授合作在国际知名学术期刊Advanced Functional Materials上发表一篇题目为：2D/2D 1T-MoS2/Ti3C2 MXene Heterostructure with Excellent Supercapacitor Performance的研究论文，该研究成功制备了具有三维互联网络1T-MoS2 / Ti3C2MXene的异质结构，并研究了其电化学存储机理。由于3D互连网络中的协同作用效应，扩大了离子存储空间，具有额外的电容贡献。同时由于Ti3C2MXene的超快电子传输，表现出优异的倍率性能。这项工作为实现2D / 2D异质结构的优异电化学性能提供了原型。

【图文导读】

图1. 1T-MoS2/ Ti3C2MXene和2H-MoS2/Ti3C2 MXene三维异质结构的合成示意图，以及2H-MoS2和1T-MoS2的晶体结构和d间距

图2.样品的相位和晶体结构

图3.2H-MoS2/Ti3C2 MXene和1T-MoS2/Ti3C2 MXene异质结构的形貌
图4. 2H-MoS2，1T-MoS2，Ti3C2MXene，2H-MoS2 / Ti3C2 MXene, 1T-MoS2 / Ti3C2 MXene电极的电化学性能
图5.1T-MoS2/ Ti3C2 MXene电极的储能机理
图6. 柔性器件的电化学性能

【本文总结】
本文通过XRD，拉曼光谱，SEM，TEM和HRTEM相关表征证实了通过磁水热合成法成功制备了具有3D互连网络微观结构的1T-MoS2/ Ti3C2 MXene异质结构。与1T-MoS2（357.4 F g-1）和Ti3C2 MXene（27.2 F g-1）相比，1T-MoS2 /Ti3C2 MXene异质结构在1 A g-1时表现出最高的比电容386.7 F g-1 ，同时由于异质结构中的协同作用，显示出优异的倍率性能（在50 A g-1时207.3 F g-1）。此外，基于1T-MoS2/ Ti3C2 MXene的全固态柔性对称超级电容器在2 mA cm-2时显示出347 mF cm-2的高面积电容。经过20 000个长期循环后，柔性器件的面电容可保持约91.1％，表现出优异的循环稳定性。1T-MoS2/ Ti3C2 MXene异质结构可以实现高电容1T-MoS2纳米片与高倍率Ti3C2 MXene的强耦合。这项工作为研究2D/ 2D异质结构中超级电容器的电化学储能机理铺平了道路。


文献链接：

DOI: 10.1002/adfm.201910302

信息来源： MXene Frontier