【研究背景】

? ? ? 當(dāng)前，尋找有效、安全和低成本的電能存儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)滿足日益增長(zhǎng)的能源需求是當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)。鈉離子電池(SIBs)與其他可充電電池相比，具有能量密度高、成本低、鈉源天然豐富等優(yōu)點(diǎn)，有廣泛的應(yīng)用前景。然而，由于Na+?的離子半徑(1.02?)大于 Li+?(0.76?)的離子半徑，而且在可逆的離子嵌入/嵌出過(guò)程中體積變化更嚴(yán)重，因此鈉離子電池具有較差的電荷轉(zhuǎn)移和嵌入動(dòng)力學(xué)。最近，過(guò)渡金屬碳化物MXene由于其高導(dǎo)電率和比容量，與其他二維材料相比具有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

【成果簡(jiǎn)介】

近日，山東大學(xué)Chengxiang Wang教授與Longwei Yin教授合作報(bào)道了一種新穎的策略，將NiCoP雙金屬磷化物納米顆粒與堿誘導(dǎo)的3D互連褶皺多孔Ti3C2?MXene耦合作為高性能鈉離子電池的負(fù)極，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性并改善了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)?；ミB的三維Ti3C2褶皺架構(gòu)可以建立豐富的孔徑和較大的比表面積的3D的導(dǎo)電空間促進(jìn)電荷與電解液離子的轉(zhuǎn)移。獨(dú)特的MXene結(jié)構(gòu)可在Na+嵌入/嵌出過(guò)程中有效地限制體積膨脹并防止NiCoP納米顆粒的聚集。NiCoP具有豐富的氧化還原反應(yīng)活性位點(diǎn)，較高的電導(dǎo)率和較低的電荷轉(zhuǎn)移電阻。具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學(xué)活性的NiCoP和MXene Ti3C2的協(xié)同作用使其具有出色的電化學(xué)性能，在1 A/g 的電流密度下2000次循環(huán)后可保持261.7 mAh g?-1的比容量。

該成果在線發(fā)表于Energy & Environmental Science: Alkali-induced 3D crinkled porous Ti3C2?MXene architectures coupled with NiCoP bimetallic phosphide nanoparticles as anodes for high-performance sodium-ion batteries?

【圖文導(dǎo)讀】

?Ti3C2/NiCoP雜化物的合成過(guò)程示意圖和半電池的機(jī)理。

圖1 (a)不同樣品的XRD圖譜，Ti3AlC2前驅(qū)體（黑色）, 堿誘導(dǎo)的褶皺Ti3C2骨架（紅色），Ti3C2?/ NiCo-LDH（藍(lán)色）和Ti3C2/ NiCoP（紫色）; (b) 磷化前后的Ti 2p的XPS圖譜和 (c)高分辨率XPS圖譜(d-f) Ti3C2?/ NiCoP雜化體的Ni 2p，Co 2p和P 2p的高分辨率XPS圖譜 (g) Ti3C2納米片（黑色），堿誘導(dǎo)的3D Ti3C2網(wǎng)絡(luò)（紅色）和Ti3C2/ NiCoP雜化物（綠色）的拉曼光譜。

圖2 (a) Ti3C2納米片; (b) 堿誘導(dǎo)的3D褶皺Ti3C2網(wǎng)絡(luò)和(c) Ti3C2?/ NiCoP雜化物的FESEM圖像; (d-f) Ti3C2納米片，堿誘導(dǎo)的3D Ti3C2網(wǎng)絡(luò)和Ti3C2?/ NiCoP雜化物的低倍TEM圖像(g) HRTEM晶格圖像顯示，NiCoP(111)平面對(duì)應(yīng)的d間距為0.22 nm (h) Ti3C2?/ NiCoP雜化物的電子衍射圖 (i) Ti3C2?/ NiCoP雜化物的EDX元素圖譜，表明Ni，Co，P和Ti元素在雜化物中的均勻分布。

圖3 ?(a)Ti3C2/ NiCoP電極的CV曲線和 (b)放電曲線; (c) Ti3C2，Ti3C2/ Ni2P和Ti3C2/NiCoP電極的循環(huán)性能和(d)倍率性能 (e) 2000次循環(huán)后，Ti3C2?/ Ni2P和Ti3C2?/ NiCoP電極在1.0 Ag-1的電流密度下的長(zhǎng)循環(huán)性能。

圖4 (a) Ti3C2?/ NiCoP電極的第一個(gè)放電-充電剖面圖; (b)在不同的放電-充電階段，Ti3C2/NiCoP電極的非原位XRD圖譜; (c)電容貢獻(xiàn)（紅色區(qū)域）和在0.3 mV s-1處的擴(kuò)散(d)在0.1, 0.15, 0.2, 0.25和0.3 mV s-1的不同掃描速率下獲得的電容貢獻(xiàn)。

【本文總結(jié)】

通過(guò)溶劑熱反應(yīng)和原位磷化工藝合成了獨(dú)特的3D互連多孔褶皺Ti3C2?/NiCoP雜化物，將NiCoP納米顆粒均勻的生長(zhǎng)在Ti3C2納米片上，以減輕體積變化并改善鈉離子電池的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。組分之間的協(xié)同作用使NiCoP?/Ti3C2電極具有較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學(xué)活性，從而促進(jìn)電化學(xué)儲(chǔ)能能力。Ti3C2建立了3D導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，該結(jié)構(gòu)不僅可以限制較大的體積膨脹，還能防止Na+在嵌入/嵌出過(guò)程中NiCoP納米顆粒的聚集，為快速電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程提供了3D導(dǎo)電空間。與此同時(shí)，通過(guò)引入二元金屬形成雙金屬磷化物，產(chǎn)生協(xié)同作用，提升電化學(xué)性能。通過(guò)原位磷化的方式將磷化物與3D Ti3C2耦合的策略可以擴(kuò)展到其他用于高性能儲(chǔ)能器件電極材料的設(shè)計(jì)上。

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