CEJ:原位生長g-C3N4-Mo基MXene高性能儲鋰



在所有可用的MXene中,Mo2CTx?MXene與Mo2Ga2C的三元前體包含雙A層,具有較高的電化學(xué)和熱電性能。然而由于前體中M-Ga的牢固鍵合,很難制備Mo2CTx?MXene。通常,包含Al的Mn + 1AXn相,例如Ti3C2Tx,Nb2AlC等可以在氫氟酸(HF)中輕松剝離獲得MXenes。但是,對于Mo2CTx?MXene?,沒有相應(yīng)的Al包含的Mn+1AXn相。因此,Mo2CTx?MXene的合成仍具有挑戰(zhàn)性。據(jù)對Mo2CTX?MXene 的合成研究,在剝離高濃度HF仍然是主要使用的方法。盡管在相關(guān)研究中已實(shí)現(xiàn)了Mo2CTx?MXene的制備及其電化學(xué)性能的改善,但多層Mo2CTx的剝落低度且極長的蝕刻時間限制了其實(shí)際應(yīng)用。此外,長時間的蝕刻引起的表面氧化會影響Mo2CTx的獨(dú)特性能。此外,表面官能團(tuán)與電解質(zhì)相互作用,導(dǎo)致不良的副反應(yīng)。在此背景下,開發(fā)增加Mo2CTx的剝落并同時形成保護(hù)層以避免表面氧化以及減少表面官能團(tuán)和電解質(zhì)之間的副反應(yīng)的簡便方法仍然是極富挑戰(zhàn)性的。

最近,華東師范大學(xué)潘麗坤教授課題組在國際知名學(xué)術(shù)期刊Chemical Engineering Journal上發(fā)表一篇題目為:In-situ construction of g-C3N4/Mo2CTx?hybrid for superior lithium storage with significantly improved Coulombic efficiency and cycling stability的研究論文,本文開發(fā)了一種簡便的策略,可以從Mo2CTx和尿素中制備新型石墨氮化碳/ Mo2CTx(g-C3N4/Mo2CTx)復(fù)合物。在設(shè)計的結(jié)構(gòu)中,尿素向g-C3N4的轉(zhuǎn)化導(dǎo)致Mo2CTx的有效剝落,同時在Mo2CTx的表面上生成g-C3N4,形成保護(hù)層以限制表面降解并減少不良的副反應(yīng)。當(dāng)將其作為LIBs的負(fù)極材料時,合成的g-C3N4/Mo2CTx表現(xiàn)出改善的鋰存儲性能,具有顯著增強(qiáng)的可逆比容量,更高的初始庫侖效率,并且顯著提高了倍率性能。


圖1.?制備g-C3N4/Mo2CTx復(fù)合物示意圖

圖2.?g-C3N4/Mo2CTx?的SEM和TEM圖譜

圖3.?g-C3N4/Mo2CTx高分辨率XPS光譜

圖4.?g-C3N4/Mo2CO2優(yōu)化結(jié)構(gòu)(a)頂視圖和(b)側(cè)視圖?;疑{(lán)色,紅色和綠色的球分別表示C,N,O和Mo原子

圖5.??g-C3N4/Mo2CTx的電池性能

圖6.(a)g-C3N4/Mo2CTx?電極的非原位XRD圖像(b)在不同狀態(tài)下相應(yīng)的放電/充電曲線(c)吸附在g-C3N4?/ Mo2CO2上的Li原子的初始和最優(yōu)化結(jié)構(gòu)的不同構(gòu)型?;疑{(lán)色,紅色和綠色的球分別表示C,N,O和Mo原子

圖7.?g-C3N4/Mo2CTx電極的動力學(xué)分析

本文通過冷凍干燥和隨后的退火工藝制備了g-C3N4/Mo2CTx復(fù)合物。得益于獨(dú)特的結(jié)構(gòu),g-C3N4/Mo2CTx不僅可以提供更多的MXene層來增強(qiáng)鋰的存儲,還可以縮短電子和離子的擴(kuò)散長度,從而加速電荷轉(zhuǎn)移并減少電極的極化。此外,g-C3N4的原位涂層可以防止Mo2CTx的表面官能團(tuán)直接與電解質(zhì)接觸。因此,g-C3N4/ Mo2CTx具有良好的循環(huán)性能(100圈循環(huán)后在0.1 A g-1時可逆容量為528.5 mAh g-1),優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性(1800圈循環(huán)后在2 A g-1時為229.6 mAh g-1)和70.8%的高初始庫侖效率。該策略為構(gòu)建基于MXene的分層結(jié)構(gòu)提供了一種有效的方法,可用于能量存儲和其他相關(guān)領(lǐng)域。
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