北化徐斌教授ESM：3D MXene@C助力高性能锂电池

    由于独特的物理和化学性能，2D材料MXenes吸引了能源界大量的关注，成为一种非常有前景的储能材料。然而，MXenes易发生表面氧化和层间堆积的问题，从而其储能应用受到了较大的限制。

成果简介

     近日，北京化工大学的徐斌教授在国际著名期刊Energy Storage Materials发表了题目为“3D carbon-coated MXene architectures with high and ultrafast lithium/sodium-ion storage”的论文。提出一个将2D Ti₃C₂T_x MXene纳米片直接构建为3D碳包覆Ti₃C₂T_x结构(T-MXene@C)的策略。通过自聚合的方法在原始Ti₃C₂T_x纳米薄片表面包覆多巴胺，然后进行冷冻干燥以及在惰性气体下碳化，制备了T-MXene@C纳米复合材料。多巴胺的自聚不仅促进了2D Ti₃C₂T_x片向3D结构的转化，而且形成的碳包覆层可以保护内部结构不被空气氧化。3D银耳状结构的T-MXene@C具有稳定的表面活性，其锂电池和钠电池展示出快速电荷传输、超高容量、优越的倍率性能和长效的循环能力。T-MXene@C的LIBs展示出0.2 C 时499.4 mAh g^-1和100 C时101.5 mAh g^-1的容量。200次循环后容量仍高达0.05 A g^-1的257.6 mAh g^-1和10 A g^-1的77.8 mAh g^-1。此外，在1 A g^-1下循环3000次后，容量保持率为91.7%，每次循环衰减0.00277%，使T-MXene@C在能源应用中展现出广阔的应用前景。

图 1 T-MXene@C的制备示意图。

图 2 T-MXene@C的化学结构。

图 3 T-MXene@C基锂电池的电化学性能。

图 4 T-MXene@C基锂电池的电化学动力学。

图 5 T-MXene@C基钠电池的电化学性能。

结 论

综上所述，报道了一种三维银耳状T-MXene@C结构，用于锂电池和钠电池的负极材料。聚合物层促进了MXene纳米片3D结构的组装，抑制了纳米片层叠堆积，并且随后的炭化形成的均匀的薄碳涂层有利于防止空气氧化和结构坍塌，使其锂电池和钠电池展示出快速电荷传输、超高容量、优越的倍率性能和长效的循环能力。这种策略为3D MXenes(如V₂CT_x, T₂CT_x)结构在储能、催化、传感、分离膜等领域的应用提供了一定的借鉴意义。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829720301367

信息来源：MXene学术