MXene易氧化？可控氧化策略提升MXene電化學效能

MXene在一定條件下易氧化是困擾研究者們的關鍵問題之一，在今天推送的這篇文章裡，Yury Gogotsi教授透過可控利用原位氧化的方式使MXene電極的倍率效能得到了極大的提升，非常有參考意義。

【背景介紹】

MXenes 是一類迅猛發展的二維奈米材料，主要包括過渡金屬碳化物，氮化物和碳氮化物，具有親水性和高導電性的綜合特性。

MXenes通常透過選擇性化學反應將層狀MAX相中A原子刻蝕，M是一些早期過渡金屬（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基複合材料具有可變價過渡金屬氧化活性，可調的層間距以及可控的介面化學反應等，這些優勢可以使MXenes基材料可以廣泛地應用於電磁遮蔽與能源儲存。

MXenes材料以插層贗電容的方式儲存電荷，氧化反應伴隨著超快的離子反應動力學，這與普通電池材料遲緩的離子擴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，使製備用於混合型金屬離子電容器與多價態電池的高倍率電極材料成為可能。

【成果簡介】

近日，

美國德雷塞爾大學Yury Gogotsi教授

報道了一種具有良好電化學效能的可控原位陽極氧化的Ti

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電極。這種可控的陽極氧化的方式可以提升Ti

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MXene 電極在酸性電解液環境中的倍率效能。根據不同的可控氧化程度，當掃描速率從5mV s

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增加到2000 mV s

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時，容量保留率從38%上升到66%。與此同時，氧化後較高的陽極電勢證明了氧化還原反應在一定程度上的減弱。透過一些列分析方法證明了這種結構和介面的化學變化，在不損失電化學活性位點的情況下，引入缺陷是提升Ti

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倍率效能的一個關鍵因素。

該成果線上發表於

Angew. Chem. Int. Ed:

Tuning the Electrochemical Performance of Titanium Carbide MXene by Controllable In Situ Anodic Oxidation.

【圖文導讀】

圖1 a） 掃速為100 mV/sTi

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在穩定的電壓視窗下可逆與不可逆電化學過程的CV影象 b） 單純Ti

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與在0。8V氧化電位條件下的CV對比影象。c） 非原位XRD和 d）Raman 圖譜。

圖2 不同氧化條件下Ti

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電極的電化學效能。

圖3 對部分氧化的Ti

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MXene電極優異倍率效能機理的探究： a） 不同電位下的XRD影象； b） - c） TEM 影象，d） 原位Raman圖譜， e）XPS；f） 氧化過程示意圖。

圖4 氧化 Ti

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Ragone-plots 影象。a） 0。1V 多次氧化迴圈過程後；b） 一次氧化過程後。

【本文總結】

Ti

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MXene的增強的電化學效能透過一個可控的電化學氧化的過程來實現。電極多次的迴圈使陽極電勢略高於傳統的工作電壓，擴大了二維奈米片的層間距並在不破壞電化學活性位點的情況下在MXene層引入多孔結構。與單純MXene電極相比，最佳的部分氧化控制可以使Ti

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在酸性電解液中在很高的掃速下的容量保留率翻倍，原因在於氧化的Ti

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電極反應動力學提升了約30%。

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