北科納米可提供Ti3C2Tx? MXene（可定制）

研究摘要

Ti3C2Tx?MXene通常通過(guò)對(duì)其相應(yīng)的過(guò)渡金屬碳化物MAX相中的主族元素進(jìn)行刻蝕而得到，得益于獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，在儲(chǔ)能應(yīng)用中表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。然而，主族元素的去除（也就是所謂的化學(xué)刻蝕）的低效率，嚴(yán)重地限制了MXene及MXene相關(guān)材料的應(yīng)用前景。鑒于此，沈陽(yáng)理工大學(xué)張武教授研究團(tuán)隊(duì)在《Ultrasonic Sonochemistry》上發(fā)表最新研究成果，報(bào)道了一種超聲輔助的方法以Ti3AlC2為前驅(qū)體合成Ti3C2Tx?MXene。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在超聲條件下，Ti3AlC2的化學(xué)刻蝕效率得到了極大地提升，在稀鹽酸溶液中的刻蝕時(shí)間從一般的24小時(shí)縮短到8小時(shí)。特別地，在超聲輔助下，在2%的氫氟酸溶液中，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的刻蝕效率，而2%的濃度要低于目前已報(bào)道的刻蝕環(huán)境。8小時(shí)超聲得到的樣品的比容量可以達(dá)到155 F/g，遠(yuǎn)大于在相同條件下非超聲輔助所制備的樣品的電容值。此外，在超聲輔助的樣品在20000次充放電循環(huán)后，電容保持率可以達(dá)到97.5%，與前期報(bào)道相比，表現(xiàn)出杰出的能量存儲(chǔ)穩(wěn)定性。同時(shí)，這種超聲輔助的過(guò)程可以更高效地去除刻蝕劑表面生成的AlF3雜質(zhì)，超聲處理過(guò)程中所產(chǎn)生的聲空化效應(yīng)可以破壞兩個(gè)相鄰層官能團(tuán)之間的氫鍵。

圖文導(dǎo)讀

圖1.?Ti3AlC2的超聲刻蝕過(guò)程不同階段的XRD圖譜。

圖2.?Ti3C2Tx?MXene在不同超聲輔助條件下的SEM圖像與元素mapping。

圖3.?刻蝕后Al的含量與超聲輔助刻蝕時(shí)間的關(guān)系。

圖4.?不同超聲輔助刻蝕時(shí)間的XPS全譜與高分辨光譜。

圖5.?不同超聲輔助刻蝕時(shí)間所制備的樣品在不同掃描速率下的CV循環(huán)伏安曲線。

圖6.?不同超聲輔助刻蝕時(shí)間所制備的樣品的恒流充放電曲線與EIS阻抗曲線。

圖7.?8小時(shí)超聲輔助制備樣品在5 A/g的電流密度下的循環(huán)穩(wěn)定性。

圖8.?8小時(shí)超聲輔助刻蝕制備的樣品的電容保持率與前期文獻(xiàn)報(bào)道的樣品對(duì)比。

圖9.?超聲輔助刻蝕制備MXene的技術(shù)路線圖。

總結(jié)

? ? ??本工作提出的超聲輔助法所制備的Ti3C2Tx在微觀上表現(xiàn)出明顯的手風(fēng)琴結(jié)構(gòu)。XRD結(jié)果表明，刻蝕后樣品的（002）晶面向更低的衍射峰角度偏移，這主要源于層間空間的擴(kuò)張，在超聲條件下，這種峰位的移動(dòng)更加明顯。超聲刻蝕后，在得到的樣品中僅有1.63 wt%的Al殘留，而非超聲條件下Al殘留的比例則高達(dá)7.88 wt%，說(shuō)明這種超聲輔助的方法可以高效地去除前驅(qū)體MAX相中的主族元素。與此同時(shí)，在相同實(shí)驗(yàn)條件下，超聲輔助的方法所制備的樣品電容值要比非超聲條件下制備得到的樣品的電容值高45倍。

文獻(xiàn)鏈接

https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2022.106024

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