水系鋅離子電池是一種很有具有潛力的低成本，無(wú)危險(xiǎn)高性能的可充電電池，得益于Zn的豐富程度，生物兼容性，地氧化還原電位（-0.76V vs. SHE）以及高理論容量（819 mAh g-1）?？紤]到Zn離子之間強(qiáng)烈的靜電接觸，尋找合適的用于鋅離子電池的正極材料是一項(xiàng)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)。其中，MnO2因?yàn)槠涠鄡r(jià)態(tài)，非常適合作為鋅電池的電極材料，然而其嚴(yán)重的容量衰減與低導(dǎo)電性影響了其儲(chǔ)鋅的性能。

將MnO2與導(dǎo)電性材料復(fù)合是一種提升電子導(dǎo)電性與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的有效方式。MXenes，作為一類新型的二維材料，在近年來(lái)得到了廣泛的關(guān)注，主要是由于其高金屬導(dǎo)電性，豐富的表面官能團(tuán)以及卓越的親水性和超高的密度（4g cm-3）。然而，和絕大多數(shù)二維材料一樣，少層MXene納米片間強(qiáng)烈的范德瓦爾斯反應(yīng)與氫鍵的會(huì)使重堆疊和堆疊問(wèn)題不可避免，這阻礙了活性比表面積的充分利用以及在電化學(xué)過(guò)程中電解液離子的擴(kuò)散。

最近，江蘇科技大學(xué)Chao Yan教授，中山大學(xué)和中科院蘭州化物所Xingbin Yan教授在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊?Journal of Materials Chemistry A上發(fā)表題目為：?3D high-density MXene@MnO2?microflowers for advanced aqueous zinc-ion batteries的研究論文，報(bào)道了一種3D高密度的MXene-MnO2復(fù)合物正極材料，通過(guò)氣相噴霧干燥策略，使MnO2納米顆粒包裹在褶皺的MXene納米片中，構(gòu)建一種穩(wěn)定的導(dǎo)電3D納米花結(jié)構(gòu)，有利于快速離子/電子傳輸和高度的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

圖1.Ti3C2Tx，3D Ti3C2Tx@MnO2的SEM表征。

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圖2.?3D?Ti3C2Tx@MnO2的微觀結(jié)構(gòu)與形貌表征。

圖3.?3D Ti3C2Tx@MnO2的電化學(xué)性能測(cè)試與機(jī)理探究。

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圖4.??3D Ti3C2Tx@MnO2的電化學(xué)性能與分析。

圖5.?不同質(zhì)量負(fù)載的3D Ti3C2Tx@MnO2正極材料。

圖6.?基于3D Ti3C2Tx@MnO2的柔性水系鋅離子電池的組裝和電化學(xué)性能。

一種新型的3D Ti3C2Tx@MnO2微花通過(guò)氣相噴霧干燥法被成功地制備。與所需時(shí)間較長(zhǎng)的液體溶液方法相比較，所提出的合成策略是是非常簡(jiǎn)便且對(duì)環(huán)境無(wú)害的。協(xié)同組裝導(dǎo)電Ti3C2Tx?納米片與電化學(xué)活性的MnO2納米顆粒具有較高的密度（1.52 g cm-3），增強(qiáng)了電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。作為水系鋅離子電池正極材料時(shí)，3D Ti3C2Tx@MnO2微花可以產(chǎn)生較高的可逆容量，在100 mA g-1的電流密度下可以達(dá)到301.2 mAh g-1，在電流密度增加到2000 mA g-1時(shí)，可以保留202.2 mAh g-1。以及超過(guò)2000次循環(huán)的穩(wěn)定性。

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DOI: 10.1039/d0ta09085a

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