Nano-Micro Lett.：强耦合过渡金属硫族化物-MXene-碳质纳米带异质结与超快离子传输促进钠/钾离子存储

兔兔

2021-04-26

结合二维（2D）纳米材料的优点，MXenes在下一代可充电电池中显示出了巨大的潜力。与其他2D材料一样，MXenes通常存在严重的自团聚、容量低、耐久性不佳等问题，特别是对较大的钠/钾离子而言，这影响了其实用价值。有鉴于此，吉林大学韩炜教授与昆士兰科技大学Ziqi Sun等人设计了一种由过渡金属硒化物（MSe，M=Cu、Ni和Co）、MXene纳米片和富氮碳纳米带（CNRibs）自组装的具有超快离子传输特性的三元异质结，用于动力学缓慢的钠离子（SIB）和钾离子电池（PIB）。

本文要点：

1）得益于多样的化学特性，带正电荷的MSe通过静电吸附固定在带负电的羟基（–OH）官能化MXene表面上，而真菌衍生的CNRibs通过氨基桥接和氢键与MXene的另一侧结合。

2）这种独特的基于MXene的异质结构可防止2D材料的重新堆积，提高本征电导率，最重要的是，它提供了超快速的界面离子传输路径以及额外的表面和界面存储位点，从而提高了SIB和PIB应用的高倍率存储性能。

3）定量动力学分析和密度泛函理论（DFT）计算表明，MXenes的界面离子输运比原始MXenes高几个数量级。它提供了更强的Na⁺（536.3 mAh g⁻¹ @ 0.1 A g⁻¹）和K⁺（305.6 mAh g⁻¹ @ 1.0 A g⁻¹）存储能力和优良的长期循环稳定性。

这项工作为二维材料工程和低成本但动力学迟缓的后锂电池提供了新的见解。

Junming Cao et al. Strongly Coupled 2D Transition Metal Chalcogenide-MXene-Carbonaceous Nanoribbon Heterostructures with Ultrafast Ion Transport for Boosting Sodium/Potassium Ions Storage. Nano-Micro Letters 2021, 13 (1), 113.

DOI: 10.1007/s40820-021-00623-5.

https://link.springer.com/article/10.1007/s40820-021-00623-5