NATURE COMMUNICATIONS：快速一罐法合成二維碳化鈦的鋰離子存儲性能
發(fā)布時間：2021-09-02 08:48:11 人氣：1808
一、文章概述
結(jié)構(gòu)二維過渡金屬碳化物和/或氮化物(MXenes)由于其獨特的物理化學(xué)性質(zhì)而引起了材料科學(xué)研究界的關(guān)注。然而，一種簡單且具有成本效益的MXene合成尚未被報道。在這里，利用元素前體，我們報道了一種通過碳化鈦形成碳化鋁和隨后在熔融鹽罐中原位蝕刻合成MXene的方法。熔融鹽作為反應(yīng)介質(zhì)，防止在高溫合成過程中反應(yīng)物的氧化，從而使在不使用惰性氣體保護的空氣環(huán)境中合成MXene。Ti3C2Tx的終端Cl和Ti2CTx MXene采用單鍋合成方法制備，其中700°C的原位蝕刻步驟只需要大約10分鐘。此外，當(dāng)作為半細胞結(jié)構(gòu)中非水中鋰離子存儲的活性材料時，獲得的Ti2CTx MXene分別在0.1Ag−1和2Ag−1的特定電流下表現(xiàn)出約280mAhg−1和160mAhg−1的鋰化能力值。
二、圖文導(dǎo)讀
圖1.在空氣氣氛中，二維碳化鈦的一罐合成。
以Ti、Al、C元素粉為原料的露天Ti3C2Tx Mxene單鍋合成示意圖。RT代表室溫。樣品顆粒中含有Ti：Al：C：NaCl：KCl粉末，摩爾比為3：1.2：1.9：3：3；鹽床由氯化鈉和氯化鉀混合物組成，摩爾比為1：1。整個過程的合成時間為460分鐘。
圖2.Ti3c2Tx的結(jié)構(gòu)表征。
a為1D和2D同步加速器射線(λ=0.072916nm)衍射(SXRD)模式和通過在700°C下蝕刻10min)制備的Ti3C2Tx的Rietveld細化。二維圖案中的紅色箭頭指向樣品支架的衍射峰；b，c為Ti3C2Tx的SEM圖像，標(biāo)度條分別為b-2μm和c-0.2μm。
圖3.在700°C下用10分鐘蝕刻制備的Ti3C2Tx MXene的原子結(jié)構(gòu)分析。
a和b高分辨率透射電子顯微鏡圖像，其中插圖顯示了所選區(qū)域的快速傅里葉變換(FFT)模式，比例條為1/10nm。原子分辨率的高角環(huán)形暗場(HAADF)圖像以及c[1120]和d[1100]投影和相應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)；插圖是原子位置的放大視圖。e原子尺度EDS沿[1100]投影的EDS映射。
圖4.Ti3C2Tx-和T2ctx基電極的電化學(xué)儲能性能。
a為0.5mV/s下Ti3C2Tx和T2CTx MXene的循環(huán)伏安譜；b為不同掃描速率下Ti3C2Tx和T2CTxMXene的比容量比較；c為不同特定電流下Ti2CTx MXEne電極的電壓譜；d和不同電位下Ti2CTx MXEne電極的電化學(xué)阻抗測量。
三、全文總結(jié)
文章提出了一種簡單的單鍋合成元素前體制備MXene的方法。通過消除惰性氣體保護的需要，合成操作大大簡化了合成操作，與單獨制備的傳統(tǒng)MXene合成方法相比，單鍋合成方法縮短了整個合成時間。cl端Ti3C2Tx和T2CTx MXenes在700°C下采用快速蝕刻步驟，僅10分鐘，整個合成時間小于8h。鋰離子存儲研究表明，單鍋合成的MXenes和先前報道的通過劉易斯熔融酸蝕刻獲得的MXenes具有類似的電化學(xué)特征。獲得的Ti2CTx MXene在特定電流為0.1Ag−1和2Ag−1下，分別提供約280mAhg−1和160mAhg−1的鋰化能力值。我們認為，單鍋合成方法為快速降低生產(chǎn)成本的MXene材料鋪平了道路，揭示了MXene材料在儲能應(yīng)用中的廣闊潛力。
文章鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41467-021-25306-y
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