研究速覽

■?近日，浙江大學(xué)的韓偉強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)，在國際知名期刊Journal of Materials Chemistry A上發(fā)表題為“In-Situ Fabrication of MXene/CuS Hybrids with Interfacial Covalent Bonding via Lewis Acidic Etching Route for Efficient Sodium Storage”的研究論文。該論文提出了一種基于路易斯酸刻蝕路線原位制備Ti3C2Tx MXene/CuS?(Tx=-O、-Cl)復(fù)合材料的簡單方法。在Ti3C2Tx/CuS復(fù)合材料中，CuS納米顆粒通過Ti-O-Cu界面共價鍵原位生長并牢固錨定在Ti3C2Tx MXene基底中，所制備得到的Ti3C2Tx/CuS復(fù)合材料用作鈉離子電池負(fù)極時表現(xiàn)出優(yōu)異的儲鈉性能。

Part1

▉? 研究摘要? ▉

■?近日，浙江大學(xué)的韓偉強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)，在國際知名期刊Journal of Materials Chemistry A上發(fā)表題為“In-Situ Fabrication of MXene/CuS Hybrids with Interfacial Covalent Bonding via Lewis Acidic Etching Route for Efficient Sodium Storage”的研究論文。該論文提出了一種基于路易斯酸刻蝕路線原位制備Ti3C2Tx MXene/CuS (Tx=-O、-Cl)復(fù)合材料的簡單方法。在Ti3C2Tx/CuS復(fù)合材料中，CuS納米顆粒通過Ti-O-Cu界面共價鍵原位生長并牢固錨定在Ti3C2Tx MXene基底中，所制備得到的Ti3C2Tx/CuS復(fù)合材料用作鈉離子電池負(fù)極時表現(xiàn)出優(yōu)異的儲鈉性能。

■?基于此，浙江大學(xué)的韓偉強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)提出了一種基于路易斯酸刻蝕路線原位制備Ti3C2Tx/CuS復(fù)合材料的簡單方法。與MXene/過渡金屬硫化物傳統(tǒng)的繁雜制備方法相比，本文中提出的策略縮短了Ti3C2Tx/CuS復(fù)合材料的制備步驟，顯著提高了實(shí)驗(yàn)過程的安全性且實(shí)現(xiàn)了路易斯酸刻蝕產(chǎn)物的高效利用。由于Ti3C2Tx MXene對CuS的牢固錨定作用和提升的傳荷/傳質(zhì)動力學(xué)，所制備得到的Ti3C2Tx/CuS復(fù)合材料用作鈉離子電池負(fù)極時表現(xiàn)出優(yōu)異的長循環(huán)穩(wěn)定性（在3 A g-1下循環(huán)800次后比容量為347.0 mAh g-1）和出色的倍率性能（在8 A g-1 時比容量為346.3 mAh g-1）。此外，理論計(jì)算進(jìn)一步表明了Ti3C2Tx/CuS復(fù)合材料的電子電導(dǎo)率和對鈉的吸附能力均得到提升。

Part2

▉? 研究要點(diǎn)1? ▉

■?作者首先用CuCl2·2H2O路易斯酸在750 ℃下對Ti3AlC2 MAX前驅(qū)體進(jìn)行刻蝕，得到金屬Cu修飾的Ti3C2Tx MXene復(fù)合材料，接著對Ti3C2Tx/Cu在管式爐中進(jìn)行硫化處理即可原位制備得到Ti3C2Tx/CuS復(fù)合材料。通過XRD可以證實(shí)復(fù)合材料的成功制備，通過XPS可以證實(shí)Ti-O-Cu界面化學(xué)鍵的存在，通過SEM和TEM等可以證實(shí)CuS納米顆粒均勻地負(fù)載在Ti3C2Tx MXene的基體中。

圖1. Ti3C2Tx/CuS復(fù)合材料的形貌表征。

▉? 研究要點(diǎn)2? ▉

■?作者將制備得到的Ti3C2Tx/CuS復(fù)合材料用作鈉離子電池負(fù)極，得益于提升的電子電導(dǎo)率和鈉離子擴(kuò)散動力學(xué)以及Ti3C2Tx MXene優(yōu)異的應(yīng)力釋放能力，Ti3C2Tx/CuS負(fù)極表現(xiàn)出優(yōu)異的長循環(huán)性能（在3 A g-1下循環(huán)800次后比容量為347.0 mAh g-1）和出色的倍率性能（在8 A g-1 時比容量為346.3 mAh g-1）。密度泛函理論計(jì)算進(jìn)一步表明了Ti3C2Tx/CuS復(fù)合材料的電子電導(dǎo)率和對鈉的吸附能力均得到提升。此外，由Ti3C2Tx/CuS負(fù)極與Na3V2(PO4)3正極配對組裝的全電池同樣表現(xiàn)出令人滿意的循環(huán)性能。

圖2. Ti3C2Tx/CuS負(fù)極材料的儲鈉性能。

Part3

▉? 研究總結(jié)? ▉

■?作者成功地展示了一種簡單易行的策略用于Ti3C2Tx/CuS復(fù)合材料的原位制備，該策略實(shí)現(xiàn)了路易斯酸刻蝕產(chǎn)物的高效應(yīng)用、阻止MXene發(fā)生氧化、縮短了制備步驟且大大降低了實(shí)驗(yàn)過程的風(fēng)險。CuS納米顆粒通過Ti-O-Cu共價鍵原位生長并緊固錨定在Ti3C2Tx MXene基底中。得益于高導(dǎo)電性的Ti3C2Tx MXene和CuS之間的協(xié)同效應(yīng)，Ti3C2Tx/CuS復(fù)合材料表現(xiàn)出提升的傳荷/傳質(zhì)動力學(xué)和優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而極大地改善了其儲鈉性能。此工作為路易斯酸熔融鹽刻蝕方法的發(fā)展提供了新的見解，可能會給更多的研究人員帶來靈感。

文章鏈接：

入群交流

圍繞二維材料，北科納米的“學(xué)術(shù)交流群”來了，掃描下方二維碼加小編微信即可入群交流~?