香港理工大学郝建华教授团队Adv Sci:首次无氟合成Nb2CTx纳米线用于高性能锌电池

   近年来，二维材料在能源、电子、以及光电子学等领域引起了极大的关注。凭借良好的机械性能和导电性，二维过渡金属碳氮化物（MXenes）在电化学催化、能量转换及储存等领域展现出巨大的潜在价值。然而，传统的危险氟化物合成路线和较强的层间键合限制了MXenes的发展。

成果简介

      近日，香港理工大学的郝建华教授在国际顶级期刊Advanced Science发表了题目为“Efficient Energy Conversion and Storage Based on Robust Fluoride-Free Self-Assembled 1D Niobium Carbide in 3D Nanowire Network”的论文。介绍了一种无氟、简便、快速制备一维MXenes结构的自组装合成方法。MXene纳米线(NW)不仅连接了柔性基底，还能有效地增加电化学活性表面积，有利的动力学结构提高了析氧/氢反应和锌离子的摄取性能。1D的MXene NW在较低的温度下保持了较高的稳定性，236 mV的过电位持续24小时未与衬底分离。这种柔性锌离子电池在150次循环中展示出高达420 W kg⁻¹的功率密度。这项工作奠定了一种新颖无毒的合成一维MXene纳米纤维结构的路线，并在能量转换和储能方面的多功能应用中展示出广阔的前景。

图 1 Nb₂CT_x NW的无氟制备路线示意图。

图 2 Nb₂CT_x NW的形貌。

图 3 Nb₂CT_x NW的结构。

图 4 Nb₂CT_x NW的电化学表征。

图 5 Nb₂CT_x NW的锌离子电池稳定性测试。

结 论

     综上所述，首次报道了一种无氟合成路线--稀HCl电解液在4 h内合成1D Nb₂CT_x。成功制备了碳纤维布基底上一维纳米线互连的三维网络，其中碳纤维布不但作为纳米线的骨架，同时也提高了离子的触及性，从而提高MXene化合物的电化学性能。通过优化与过渡金属离子的耦合，过渡金属/3D-Nb₂CT_x NWs过电位极低，展示出卓越的电催化性能，可与现有最好的金属基电催化剂媲美。此外，柔性的MXene基阴极的功率密度高达420 W kg⁻¹。这项工作报道了一种简单、全新、无毒的制备不同纳米形态MXene复合物的方法，并展示出卓越的能量转换和存储性能。这种策略也将为其它纳米线和一维/三维结构的应用扩展提供借鉴。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201903680

信息来源： MXene学术