蘭州化物所在二維MXene材料用于鎂電池電極研究方面取得新進(jìn)展
2018年03月30日 8:53 5820次瀏覽 來源： 陜鎂V言 分類： 鎂資訊
二維Ti3C2Tx MXene材料因在超級(jí)電容器、鋰離子電池和鈉離子電池中表現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)電性和高體積容量而備受關(guān)注。另一方面，鎂離子電池因價(jià)格低廉、安全性能好且理論體積能量密度大，已成為最有前景的鋰離子電池代替品之一。理論預(yù)測純Ti3C2有較強(qiáng)的Mg2+存儲(chǔ)性能，但是迄今為止，實(shí)驗(yàn)上還不能合成不帶表面官能團(tuán)的MXene，現(xiàn)有的研究顯示二價(jià)鎂離子不能可逆地嵌入到Ti3C2Tx中，從而造成Ti3C2Tx MXene幾乎沒有儲(chǔ)鎂容量。因此，需要探索合適的實(shí)驗(yàn)方法開啟MXene的鎂離子存儲(chǔ)性能。
中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所清潔能源實(shí)驗(yàn)室閻興斌研究員課題組利用預(yù)先嵌入陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨CTAB的方法改變MXene的電子特性，使得Ti3C2Tx MXene展示出較高的鎂離子存儲(chǔ)容量。這項(xiàng)研究賦予了MXene材料在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域的又一個(gè)新應(yīng)用，同時(shí)，也為鎂電池的正極材料提供了新的選擇。
研究人員對樣品進(jìn)行了系統(tǒng)測試：用陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉SDS和同樣烷基鏈長度的陽離子表面活性劑十二烷基三甲基溴化銨DTAB進(jìn)行對比測試，結(jié)果表明，表面活性劑均會(huì)增加MXene的層間距，但是僅陽離子表面活性劑對MXene的Mg2+存儲(chǔ)有促進(jìn)作用。通過XPS和密度泛函理論計(jì)算方法發(fā)現(xiàn)嵌入的CTA+ 陽離子降低了Mg2+在MXene表面的擴(kuò)散勢壘，進(jìn)而大大地提升了Mg2+在MXene層間的可逆嵌入/脫出性能。結(jié)果顯示，以MXene為正極的鎂電池在50 mA g-1的電流密度下展示300 mAh cm-3的高體積比容量和優(yōu)異的倍率特性。該研究結(jié)果近期在線發(fā)表在ACS Nano (DOI:10.1021/acsnano.8b00959)上。
以上工作得到了國家自然科學(xué)基金的資助和支持。
責(zé)任編輯：陳巖
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