【成果簡介】

    中科院大連化物所吳忠帥研究員帶領二維材料與能源器件研究團隊發展了一種同時氧化和堿化的新策略，一步法實現了二維金屬碳化物納米片（Ti3C2 MXene）向超薄鈦酸鈉或鈦酸鉀納米帶的轉變，發現其具有優異的儲鈉和儲鉀性能。研究成果以“Ti3C2 MXene-Derived Sodium/Potassium Titanate Nanoribbons for High-Performance Sodium/Potassium Ion Batteries with Enhanced Capacities”為題發表在2017年5月1日的ACS Nano期刊上。

    【圖文導讀】

    圖1 掃描電鏡圖

   (a,b)為Ti3C2 MXene,（c,d）為M-NTO,（e,f）為M-KTO的掃描電鏡圖。a,c,e中的插圖分別為Ti3C2 MXene粉，M-NTO粉和M-KTO粉的照片。

   (g,h) 分別為M-NTO和M-KTO的元素映射分析。

    圖2 XRD，拉曼和XPS的表征結果

    Ti₃C₂ MXene，M-NTO和M-KTO的(a)X射線衍射圖譜，(b)拉曼光譜，(c)XPS全譜，(d)C1 XPS譜。  M-NTO和M-KTO的（a）X射線衍射圖譜，（b）拉曼光譜，（c）XPS全譜，（d）C1 XPS譜。

    【研究內容】

    是一類新型二維金屬碳（氮）化物納米片，具有優異的電化學性能。一般由三元MAX相經化學刻蝕剝離制得，其中M指過渡族金屬（如Ti、V、Nb、Ta等），A指Al、Si等，X指C、N。常見的Ti3C2 MXene表面具有大量的含氧/氟官能團，作為儲能電極材料時易產生較大的不可逆容量，導致可逆比容量與庫倫效率較低。因此，需要研發結構和性能穩定的MXene基新型電極材料。

    該研究團隊通過設計一種同時氧化和堿化的新過程，一步法實現了二維金屬碳化物納米片（MXene）向超薄鈦酸鈉或鈦酸鉀納米帶的轉變，所制備的納米帶具有較大的層間距（0.90~0.93 nm）、超薄厚度（<11 nm）、較窄寬度（<60 nm）以及開放的大孔結構，有利于充放電過程中電解液離子的快速傳輸以及結構的穩定。因此，該類鈦酸鈉納米帶在200 mAg-1電流密度下展現出高達191 mAhg-1的比容量，鈦酸鉀納米帶具有優異循環穩定性，超過900次的穩定循環且保持較高比容量，明顯優于其它的鈦基納米材料。

    據了解，Ti3C2二維納米片只是60余種MXene家族中的一種，此項研究工作為開發新型MXene衍生功能納米材料開辟了新的途徑。

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責任編輯：殷鵬飛

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