Nature Materials: Lewis酸刻蚀提升MXene非水系电解液的电化学性能
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详细介绍
【研究背景】
二维过渡金属碳/碳氮化物是2D材料家族冉冉升起的一颗新星。MXenes通过选择性刻蚀MAX相中A-原子层元素来制备,其中A代表13-16族的元素(Al, Si等),M则代表前过渡金属元素(TI, V, Nb等等)。通式为:Mn+1XnTx,Tx代表-F,-O和-OH等表面官能团。得益于其独特的2D层状结构,亲水性表面和金属电导率(>6,000 S cm-1),MXenes在很广泛的应用领域中都展示出了巨大潜力,尤其是电化学储能领域。随着2011年Ti3C2 MXene的首次报道,MXenes目前主要的刻蚀环境为含有氟离子的水溶液,如水系氢氟酸,LiF+HCl或者氟化氢铵等。截至目前,主要来自于含Al的MAX相前驱体的Al与氟基水系溶液的反应活性限制了MXenes的合成。虽然已经有报道,通过氧化剂辅助刻蚀Ti3SiC2 MAX相中的Si,但刻蚀机理仍旧是基于对腐蚀性HF溶液的使用。因此,MXene的合成的主要挑战主要集中于:1)寻找无毒的合成路线;2)制备更广泛的MAX相前驱体。
【成果简介】
最近,中科院宁波材料所黄庆教授,法国图卢兹大学Patrice Simon教授和四川大学林紫峰教授在国际顶级学术期刊Nature Materials上发表题目为: A general Lewis acidic etching route for preparing MXenes with enhanced electrochemical performance in non-aqueous electrolyte的研究论文。与传统的方法截然不同,论文提出了一种使用Lewis酸熔盐在非传统A元素的MAX相中对A进行选择性刻蚀制备MXenes的方法,并进行了相应的验证。这种方法刻蚀得到的Ti3C2MXene应用于储锂时,具有738 C g-1(205 mAh g-1)的可逆容量以及较高的库伦效率。
【图文导读】
图1.MS-Ti3C2Tx MXene的刻蚀示意图。
图2. MS-Ti3C2Tx MXene的微观形貌与结构表征。
图3. Lewis酸刻蚀方法扩展了MAX相家族。
图4. MS-Ti3C2Tx MXene电极在1 M LiPF6电解液中的电化学性能测试。
【本文总结】
结合在非水系含Li+电解液中Li+ 嵌入和脱出的“类似镜子”的电化学储能机理与高容量,高充放电速率以及较低工作电压(0.2-2.2 V vs. Li+/Li),使通过这种非传统刻蚀方法而得到的MXenes用于电化学储能器件的负极时具有较大潜力(电池和锂离子电容器)。这种通用的Lewis酸刻蚀方法扩展了MAX相前驱体的范围,可以制备新型的MXenes材料,为调控MXenes的表面化学特性提供了前所未有的可能性。
文献链接:
https://doi.org/10.1038/s41563-020-0657-0
信息来源:MXene Frontier
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