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2021-07-30
【顆粒在線 科技前沿】近日，中國科學(xué)院電工研究所馬衍偉團(tuán)隊在高性能MXene復(fù)合材料制備、MXene基鋰離子電容器研制方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》上。
MXene作為一種新型二維過渡金屬碳化物，具有與石墨烯類似的結(jié)構(gòu)特點，在儲能領(lǐng)域得到廣泛研究。然而，MXene本身比容量低，因此構(gòu)建合理的納米結(jié)構(gòu)、保留二維材料特征、引入高儲鋰容量成為MXene在高性能電極材料應(yīng)用方面的挑戰(zhàn)。
前期，研究團(tuán)隊利用剝離Ti3C2Tx MXene時使用的四丁基銨離子（TBA+）作為陽離子中間體，有效削減Ti3C2Tx和氧化石墨烯（GO）之間的靜電斥力，使兩種二維材料形成面對面排列結(jié)構(gòu)，制備出具有優(yōu)異比容量和倍率性能的Ti3C2Tx/rGO復(fù)合負(fù)極材料（Sci. Bull. 2021, 66, 914-924）。在此基礎(chǔ)上，科研團(tuán)隊利用水熱法制備熱力學(xué)穩(wěn)定的1T相MoS2，并在二維Ti3C2Tx上原位生長，制備出1T-MoS2/d-Ti3C2Tx二維復(fù)合納米材料。在水熱過程中TBA+嵌入MoS2層間，擴(kuò)大層間距離的同時為MoS2注入額外電荷誘導(dǎo)其從2H向1T相轉(zhuǎn)變。擴(kuò)展的層間空間及1T相MoS2的金屬導(dǎo)電性為鋰離子在1T-MoS2/d-Ti3C2Tx的擴(kuò)散降低了能量勢壘，有效彌補(bǔ)了正負(fù)極之間的動力學(xué)差異。此后，研究人員采用1T-MoS2/d-Ti3C2Tx作為負(fù)極，多孔石墨烯作為正極，組裝成的高性能鋰離子電容器能量密度最高可達(dá)188 Wh/kg，功率密度最高可達(dá)13 kW/kg（以上數(shù)據(jù)基于電極材料質(zhì)量），5000次充放電循環(huán)后容量保持率為83%。研究表明，1T-MoS2/d-Ti3C2Tx作為高性能鋰離子電容器的負(fù)極材料具有較好的應(yīng)用前景，為高性能鋰離子電容器的開發(fā)提供了新思路。
研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院大連潔凈能源研究院合作基金、中科院青年促進(jìn)會等的支持。
1T-MoS2/d-Ti3C2Tx二維復(fù)合納米材料結(jié)構(gòu)示意圖
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