《ASN 前沿报道》:3D MXene架构,以实现高效的能源存储和转换
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详细介绍
摘要
二维过渡金属碳化物和/或氮化物(MXenes),具有高导电性、丰富的表面官能团和优异的分散性,越来越受到关注并表现出竞争力能源存储和转换应用中的性能。然而,像其他2D 材料,MXene 纳米片倾向于通过范德华堆叠在一起相互作用,导致活性位点数量有限,离子动力学缓慢,最后是 MXene 材料/器件的普通性能。构建二维MXene 纳米片进入 3D 架构已被证明是一种有效的减少重新堆叠的策略,从而提供更大的比表面积,更高的孔隙率以及比正常 1D 和 2D 更短的离子和质量传输距离结构。在这篇综述中,3D 制造的常用策略总结了 MXene 架构(3D MXene 和基于 3D MXene 的复合材料),例如模板、组装、3D 打印等方法。特别的3D MXene 的结构-性能关系也受到关注结构及其在电化学能量存储和转换中的应用,包括超级电容器、可充电电池和电催化。
创新点
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制备三维MXene结构的方法主要包括模板法、组装法、3D打印法等。这些方法可以有效抑制MXene纳米片的重新堆叠,构建出大比表面区域、高孔隙率的三维MXene结构。
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三维MXene结构具有以下优点:抑制了MXene片层间的重新堆积,从而暴露出更多的活性位点;多孔结构有利于电解质的快速扩散;MXene的高导电性使其在多孔网络中能够快速传递电荷载流子;丰富的表面官能团可用于锚定不同的有机或无机物质,构建功能复杂的三维结构。
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在超级电容器方面,三维MXene电极具有更好的倍率性能,循环稳定性也得到明显改善。与普通的一维、二维MXene材料相比,三维MXene复合材料的电化学性能也有较大提升。
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在锂离子电池方面,三维MXene电极具有更高的比容量、更好的倍率性能和更长的循环稳定性。与过渡金属氧化物或硫化物组成的三维MXene复合材料,电化学性能得到进一步提升。
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三维MXene结构在钠离子电池、钾离子电池、镁离子电池等非锂电池方面也展现出良好的储能性能。
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在锂硫电池方面,三维MXene网络可有效抑制多硫化物的溶解和扩散,明显改善了电池的循环稳定性。
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在电催化方面,三维MXene具有较大的活性面积、丰富的表面官能团和高导电性,可作为高效的电催化剂。
图文参考
图1. 制备3D MXene结构的各种制造策略示意图
总结
文献来源:DOI: 10.1002/adfm.202000842
- 上一款: 《ASN 前沿报道》:3D MXene架构,
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