中科院大化所储能材料研究取得新进展

近日，中科院大连化学物理研究所二维材料与能源器件研究组（DNL21T3）吴忠帅研究员团队通过在KOH溶液中震荡处理二维金属碳化物纳米片（MXene），成功制备层间距扩大的碱化MXene纳米带，并发现其具有优异的储钠和储钾性能。相关研究成果发表在《纳米能源》（Nano Energy）杂志上（DOI: 10.1016/j.nanoen.2017.08.002）。


MXene是一类新型二维金属碳（氮）化物纳米片，常见的Ti3C2MXene片已被证实是一种先进储能电极材料，但传统由氢氟酸刻蚀制备的MXene材料存在层数堆叠严重、层间距较小，作为电极材料时比容量较低且循环性能差。因此，急需开发结构和性能稳定的MXene基新型储能材料。

该研究团队发展了一种KOH溶液震荡处理Ti3C2MXene的新策略，一步法实现了碱化Ti3C2MXene纳米带（a-Ti3C2MNRs）的制备，a-Ti3C2MNRs具有较大的层间距（12.5Å）、窄的宽度（6-22nm）、超薄厚度以及开放的网络结构，具有发达的离子和电子快速传输通道，显著提高了电极结构的稳定性。研究发现，a-Ti3C2MNRs可用作高容量钠离子电池（SIBs）和钾离子电池（PIBs）负极材料，在电流密度为20mA/g时，SIBs和PIBs的可逆容量分别为168mAh/g和136mAh/g；当电流密度增大至200mA/g时，可逆容量分别为84mAh/g和78mAh/g；同时，SIBs和PIBs都表现出良好循环稳定性，在200mA/g的高电流密度下循环500次后，可逆容量仍可分别保持在50mAh/g和42mAh/g，优于大多数已报道的MXene基电极材料。该方法有望推广至其它三维MXene新型结构的构建中，并拓宽MXene类材料的应用范围。

上述工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家青年千人计划、辽宁省自然科学基金、中国博士后基金等项目的资助。（文/图 董琰峰、赵雪君）