MXene重大突破：1秒焦耳加热，定制9种官能团！

本研究采用FJH技术对Ti3C2Tx-MXene进行表面官能团的快速调控。首先，通过HCl/LiF蚀刻方法制备出具有少层或单层结构的Ti3C2Tx纳米片。然后，将样品置于石墨电极间，在低真空环境下通过并联电容器组施加高电压电流，实现瞬间高温处理。通过调整放电电压和电容数量，精确控制FJH反应的电能和反应温度，实现了对Ti3C2Tx表面官能团的剪切和目标官能团的定向修饰。

FJH处理后的Ti3C2Tx（F-Ti3C2Tx）表现出显著提升的电化学性能。通过FTIR、XPS和XRD等表征手段，发现FJH技术成功剪切了Ti3C2Tx表面的-OH和-F官能团，并在高温下促进了目标官能团与MXenes表面的交换反应。特别是，VI A族（O、S、Se）和VA族（N、P）官能团的引入，显著提高了MXenes的电化学活性和循环稳定性。电化学测试结果表明，F-Ti3C2Tx作为锂离子电池负极材料时，展现出了更高的放电比容量和优异的倍率性能。

图1：Ti3C2Tx-MXene表面官能团通过FJH反应的调控过程

本图展示了FJH反应的示意图、9种目标官能团，以及Ti3C2Tx样品在不同电压下的电流流过和微观爆炸闪光现象的数字图像。这些图像直观地展示了FJH过程中的物理变化，证实了该技术的快速和有效性。

图2：F-Ti3C2Tx在FJH反应过程中的表面化学、结构和形貌变化

通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）、热重分析（TG）以及扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）图像，本图详细展示了FJH反应对Ti3C2Tx表面官能团、晶体结构和形貌的影响。结果表明，去除-OH和-F官能团可以提高MXenes的热稳定性，并导致三维棒状或管状结构的形成。

图3：Ti3C2Tx表面官能团的目标修饰

本图通过SEM图像展示了F-Ti3C2-X（包括VII A、VI A和VA）的形貌，以及能量色散光谱（EDS）映射图像，证明了通过FJH反应有效调控MXene表面官能团的均匀分布。

图4：9种F-Ti3C2-X电化学性能的比较

本图汇总了不同官能团修饰的MXenes在电化学性能上的表现，包括平均放电比容量、电荷-放电曲线、初始电池的电化学阻抗谱（EIS）测试、Warburg系数计算、基于CV测试的电容贡献分析以及循环性能。这些结果突出了官能团类型对电化学性能的重要影响。