? ? ? ? MXene在一定條件下易氧化是困擾研究者們的關(guān)鍵問(wèn)題之一，在今天推送的這篇文章里，Yury Gogotsi教授通過(guò)可控利用原位氧化的方式使MXene電極的倍率性能得到了極大的提升，非常有參考意義。

【背景介紹】

? ? ? ?MXenes 是一類(lèi)迅猛發(fā)展的二維納米材料，主要包括過(guò)渡金屬碳化物，氮化物和碳氮化物，具有親水性和高導(dǎo)電性的綜合特性。MXenes通常通過(guò)選擇性化學(xué)反應(yīng)將層狀MAX相中A原子刻蝕，M是一些早期過(guò)渡金屬（Ti,Nb, Mo, V, Cr, Ta 等），A是13或14族元素（Al, Si, Ga或者In），而X代表碳或氮元素。MXenes基復(fù)合材料具有可變價(jià)過(guò)渡金屬氧化活性，可調(diào)的層間距以及可控的界面化學(xué)反應(yīng)等，這些優(yōu)勢(shì)可以使MXenes基材料可以廣泛地應(yīng)用于電磁屏蔽與能源儲(chǔ)存。MXenes材料以插層贗電容的方式儲(chǔ)存電荷，氧化反應(yīng)伴隨著超快的離子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，這與普通電池材料遲緩的離子擴(kuò)散與多孔碳電極表面形成的的雙電層都截然不同。多種離子可以快速的嵌入在MXenes層間的能力，使制備用于混合型金屬離子電容器與多價(jià)態(tài)電池的高倍率電極材料成為可能。

【成果簡(jiǎn)介】

?近日，美國(guó)德雷塞爾大學(xué)Yury Gogotsi教授報(bào)道了一種具有良好電化學(xué)性能的可控原位陽(yáng)極氧化的Ti3C2Tx電極。這種可控的陽(yáng)極氧化的方式可以提升Ti3C2Tx?MXene 電極在酸性電解液環(huán)境中的倍率性能。根據(jù)不同的可控氧化程度，當(dāng)掃描速率從5mV s-1增加到2000 mV s-1時(shí)，容量保留率從38%上升到66%。與此同時(shí)，氧化后較高的陽(yáng)極電勢(shì)證明了氧化還原反應(yīng)在一定程度上的減弱。通過(guò)一些列分析方法證明了這種結(jié)構(gòu)和界面的化學(xué)變化，在不損失電化學(xué)活性位點(diǎn)的情況下，引入缺陷是提升Ti3C2Tx倍率性能的一個(gè)關(guān)鍵因素。

該成果在線(xiàn)發(fā)表于?Angew. Chem. Int. Ed:?Tuning the Electrochemical Performance of Titanium Carbide MXene by Controllable In Situ Anodic Oxidation.

【圖文導(dǎo)讀】

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圖1 a)?掃速為100?mV/sTi3C2Tx在穩(wěn)定的電壓窗口下可逆與不可逆電化學(xué)過(guò)程的CV圖像 b)?單純Ti3C2Tx與在0.8V氧化電位條件下的CV對(duì)比圖像。c)?非原位XRD和 d)Raman 圖譜。

圖2?不同氧化條件下Ti3C2Tx電極的電化學(xué)性能。

圖3?對(duì)部分氧化的Ti3C2Tx?MXene電極優(yōu)異倍率性能機(jī)理的探究: a)?不同電位下的XRD圖像; b) - c) TEM 圖像,d)?原位Raman圖譜, e)XPS；f)?氧化過(guò)程示意圖。

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圖4 氧化? Ti3C2Tx?Ragone-plots 圖像。a)?0.1V 多次氧化循環(huán)過(guò)程后；b)?一次氧化過(guò)程后。

【本文總結(jié)】

? ? ? ?Ti3C2TxMXene的增強(qiáng)的電化學(xué)性能通過(guò)一個(gè)可控的電化學(xué)氧化的過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。電極多次的循環(huán)使陽(yáng)極電勢(shì)略高于傳統(tǒng)的工作電壓，擴(kuò)大了二維納米片的層間距并在不破壞電化學(xué)活性位點(diǎn)的情況下在MXene層引入多孔結(jié)構(gòu)。與單純MXene電極相比，最佳的部分氧化控制可以使Ti3C2Tx在酸性電解液中在很高的掃速下的容量保留率翻倍，原因在于氧化的Ti3C2Tx?電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)提升了約30%。

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