山大冯金奎Nano Letters: 无氟法制备二维MXenes- 大数跨境

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山大冯金奎Nano Letters: 无氟法制备二维MXenes

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2023-05-26

导读：山大冯金奎Nano Letters: 无氟法制备二维MXenes

文章信息

无氟无酸法制备MXenes并将其用于钠离子电池的负极材料

第一作者：安永灵，田园

通讯作者：冯金奎

单位：山东大学

研究背景

MXenes是一种新兴的二维材料，由于其独特的物理化学性质而受到了极大的关注。然而，由于合成过程存在成本高、对环境有害等问题，阻碍了MXenes的广泛应用。

文章简介

近日，山东大学冯金奎课题组提出了一种无氟无酸的物理真空蒸馏策略，直接合成一系列MXenes。具体而言，通过在MAX中引入低沸点元素，然后通过物理真空蒸馏蒸发A元素，制备出无氟MXenes (Ti₃C₂T_x, Nb₂CT_x, Nb₄C₃T_x, Ta₂CT_x, Ti₂NT_x, Ti₃CNT_x等)。这是一个绿色的工艺，不涉及任何酸/碱，所有反应都在真空管炉内进行，避免了对外部环境的污染。此外，通可过控制合成温度来调节MXenes的层状结构和比表面积。因此，合成的Ti₃C₂T_x MXene具有更好的钠存储性能。

图文导读

图1. MXene的制备原理图。(a)熔融盐辅助物理真空蒸馏法合成MXene的示意图，(b) Ti₃AlC₂ MAX相的示意图；(c, d) Ti₃AlC₂ MAX与ZnCl₂的反应过程及Zn的蒸发过程；(e) Ti₃C₂T_x MXene的示意图。

图2. 不同温度下合成Ti₃C₂T_x MXene的结构演变。(a) Ti₃C₂T_x MXene的结构演化示意图。在(b, f, j) 550°C，(c, g, k) 600°C，(d, h, l) 700°C，(e, i, m) 800°C下获得的产物的(b-e)SEM图，(f-i) N₂吸附-脱吸附等温线和(j-m)孔径分布。

图3. Ti₃C₂T_xMXene的结构和形貌测试。(a)不同温度下合成的Ti₃C₂T_x MXene的XRD，（b）Ti₃C₂T_x MXene-700的Ti 2p图，（c）Ti₃C₂T_x MXene-600的SEM图，（d）Ti₃C₂T_x MXene-700的TEM图，（e-h）Ti₃C₂T_x MXene-700的STEM-EDS图。

图4. Ti₃C₂T_x MXene用于钠离子电池负极材料时的电化学性能。(a) Ti₃C₂T_x-700负极的循环伏安曲线。(b, c)恒流充放电曲线和(d)循环稳定性，电流密度是200 mA g^-1。(e)倍率性能图。(f - h)在(f) 500 mA g^-1， (g) 1000 mA g- 1和(h) 2000 mA g^-1下的循环稳定性。

图5. Ti₃C₂T_x MXene的储钠机理。(a) GITT曲线和(b)扩散系数。(c)阻抗图和(d)ω−1/2 vs. Im(ZW)图。(e)不同扫速下的循环伏安曲线。（f）b值。(g)10 mVs^-1下的赝电容贡献图。(h)不同扫速下的扩散和赝电容的贡献比例图。

图6. Ti₃C₂T_x MXene的储钠机理图。

图7. 全电池性能图，正极是NVP，负极是Ti₃C₂T_x MXene。(a)循环伏安曲线。(b)充放电曲线。(c)循环性能。(d)倍率性能。(e)阻抗图。(f) ω−1/2 vs. Im(ZW)图。

第一作者简介

安永灵，现为香港城市大学博士后，2022年毕业于山东大学。研究方向为高安全和高能量密度电极材料的可控制备及性能与机理研究，相关成果发表在Materials Today、Nano Today、Advanced Functional Materials、Nano Energy、Energy Storage Materials、ACS Nano、Nano Letters等期刊（yonglingan@126.com）。

田园，现为University of Western Ontario博士后，2021年毕业于山东大学，主要围绕高能量密度电极和MXene基材料研究改善锌离子电池/锌金属电池/钾离子电池/锂离子电池性能的机理、方法和新材料，近期最新成果发表在Materials Today, Advanced Energy Materials (封面), Energy Storage Materials, Nano Energy, ACS Nano, Nano Letters等国际知名杂志上(tysdu_edu@163.com)。

课题组介绍

冯金奎教授，山东大学材料科学与工程学院教授，博士生导师，国家高层次青年人才入选者，山东省泰山学者青年专家，山东省杰青，钱逸泰院士团队成员，主要研究方向，二次电池关键材料。近五年以通讯作者在Energy Environ. Sci.、ACS Nano、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater、Energy Storage Mater、Nano Today、Nano Energy等期刊发表sci论文80余篇，正面他引超过8000次，高被引论文16篇。