Adv. Energy Mater.：高性能双离子电池阳极的平面内孔隙率共探针刻蚀处理

一、文章概述

金属导电MXene领域的不断研究表明了其作为电极材料的可行性，但由于危险的高频蚀刻所产生的低表面积和不均匀的边缘终止，仍然阻碍了它们的使用。为了解决这些问题，首次利用共晶混合蚀刻策略，通过操纵所选盐熔体的相变，实现了来自MAX前驱体(Ti3AlC2)的可调平面内孔隙率的Cl端MXene(Ti3C2Cl2)的一步合成。具体来说，控制NaCl/ZnCl2盐混合物的温度和组成，以启动一种机制，创建并关键地保留MXene孔隙结构，导致材料中孔隙度显著增加，表面积增加了四倍。此外，x射线光谱分析显示，TiC6八面体对称性增加，密度泛函理论(DFT)模型表明存在较低的Li扩散势垒，这意味着离子传输具有较高的适用性。得益于这些优化，介孔Ti3C2Cl2作为双离子电池阳极，在0.1Ag−1下提供382mAhg−1的高容量，在2.0Ag−1下进行1000次循环后，容量保留超过89%。总的来说，本研究提出了一种绿色化学方法，可以直接合成具有最佳孔隙率和表面终止的电化学应用，为靶向结构修饰提供了新的见解。

二、图文导读

图1，a)Ti3AlC2、Ti3C2Cl2-0、Ti3C2Cl2-33和Ti3C2Cl2-60的x射线衍射图谱。b)N2吸附-解吸等温线，c)Ti3C2Cl2-0、Ti3C2Cl2-33和Ti3C2Cl2-60的孔径分布。d-f)Ti3C2Cl2-0、Ti3C2Cl2-33和Ti3C2Cl2-60的TEM图像。

图2，a)用MAX和盐混合物合成的平面内多孔Ti3C2Cl2示意图。b)NaCl/ZnCl2的相图。蓝线和红线表示Ti3C2Cl2-33和Ti3C2Cl2-60的反应过程。c)在盐酸洗涤前的Ti3C2Cl2-33和Ti3C2Cl2-60产物的XRD图样。

图3，a)Ti3C2Cl2-0、Ti3C2Cl2-33、Ti3C2Cl2-60和Ti3C2TX在0.1Ag−1下的充放电曲线。b)Ti3C2Cl2-0、Ti3C2Cl2-33和Ti3C2Cl2-60的速率能力测试。c)Ti3C2cl2-60在0.5~10.0mV−1的不同扫描速率下的CV曲线。d，e)计算Ti3C2Cl2-60的b值和电容贡献。f)Ti3C2Cl2-60在不同扫描速率下电容性的贡献比。g)Ti3C2Cl2-0、Ti3C2Cl2-33和Ti3C2Cl2-60的长期循环结果。

图4，a，b)Ti3C2Cl2-60的Ti2p和Cl2pXPS光谱。c)Ti3C2Tx的Ti2pXPS光谱。d)Ti3C2Tx、Ti3C2Cl2-0和Ti3C2Cl2-60的Ti k边XANES光谱与Ti箔、Ti3C2和二氧化钛等文献的光谱比较。

图5，a)和b)分别是Ti3C2Cl2和Ti3C2O0.1F1.4(OH)0.5.c优化的几何形状和的投影态密度。c)能量有利位点的吸附能量和d)在Ti3C2Cl2和Ti3C2O0.1F1.4(OH)0.5表面的选定末端的Li离子跃变迁移的扩散势垒曲线。

图6，a-c)基于Ti3C2Cl2-60的DIBs的GCD曲线、速率性能和长循环数据。

三、全文总结

综上所述，首先将NaCl/ZnCl2盐混合物应用于简易退火过程中的平面内多孔MXene。评价了盐的比例对结构形态的影响，并提出了共晶混合物的保孔机理。样品表面积和中孔隙度的增加极大地有利于了DIB阳极应用的现场可及性和锂离子运输。最佳的Ti3C2Cl2样品在0.1Ag−1的条件下，达到了382mAhg−1的高放电容量。此外，该过程还主要包含了Ti3C2片的氯端，这导致了更有序的晶体结构，在运行1000个循环后提供89%的高容量保留。当用石墨作为全双离子电池组装时，Ti3C2Cl2-60在0.1Ag−1下达到242mAhg−1（根据阳极质量计算），1000循环容量保持高达83%。总的来说，文章提出的共晶混合物蚀刻方法证明了一种为DIB阳极应用生成具有高晶体稳定性的多孔MXene的绿色方法，并提出了一种适应性强的实现MXene中孔隙性的技术。

文章链接：

https://doi.org/10.1002/aenm.202102493

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