JEC: N掺杂/ReSe2/MXene异质结构用于钾电

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【研究背景】

       考虑到锂资源的高成本，不均与分布以及大量消耗，寻找新兴的可靠的电化学储能系统势在必行。钠和钾，作为锂的同类物质，在自然界中具有更高的丰度，被认为是最具有潜力的替代选择之一。尤其是，K⁺/K与Na⁺/Na（-2.71 V）相比，具有更低的标准氧化电位（-2.93 V），因此钾离子电池具有更高的能量密度（KIBs）。然而，更大的离子半径会影响离子在电极材料中的嵌入与嵌出，会造成巨大的体积膨胀以及粉化现象，因此在充放电过程中的动力学特性得到减弱。寻找合适的材料是近年来科研工作者的研究重点。碳基材料包括石墨烯与氮掺杂碳具有杰出的倍率性能但却受其较低能量密度的限制；具有层状结构的过渡金属硫属化合物因其较高的理论容量值（~1000 mAh g^-1）而受到了广泛的关注。其中，1T相的ReSe₂具有一些独特的物理化学特性，如较弱的层间作用力以及较大的层间距（~0.7 nm）具有较大潜力。MXenes作为一种迅速发展的二维过渡金属碳化物与氮化物材料体系，因其兼备金属的导电性以及丰富的官能团，已经在储能领域大放光彩，尤其是具有多孔结构的3D MXene因为具有足够的比表面积，被认为有利于K离子的储存。

【成果简介】

最近，苏州大学Jingyu Sun教授与Wanjian Yin教授在国产期刊卓越计划期刊Journalof Energy Chemistry上发表题目为： Designing N-doped graphene/ReSe₂/Ti₃C₂ MXene heterostructure的研究论文。论文报道了一种以三维MXene做结构支撑，直接通过化学气相沉积方式合成氮掺杂石墨烯与ReSe₂复合物，这种异质结构电极用于钾离子电池负极材料具有良好的性能。

【图文导读】

图1. NG/ReSe₂@MXene异质结构的形貌表征。

图2. NG/ReSe₂@MXene的结构与元素表征。

图3. NG/ReSe₂@MXene电化学性能。

图4.  NG/ReSe₂@MXene的储钾机理分析。

图5. ReSe₂，G@ReSe₂ DFT模拟。

【本文总结】

本文利用原位的连续CVD技术制备了一种新型的NG/ReSe₂/MXene结构。1T-ReSe₂纳米颗粒通过氮掺杂石墨烯与3D多孔结构之间的强烈的界面相互作用，用作钾离子电池负极时具有杰出的倍率性能和循环过程中出色的可逆容量。利用了原位拉曼，非原位XPS，XRD和TEM探究其钾离子储存机理，并通过DFT计算证实了复合材料杰出的K⁺离子。

文献链接：

https://doi.org/10.1016/j.jechem.2020.04.071

信息来源：MXene Frontie