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天津大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院Xiaobin Fan等--通過與金屬鈉反應(yīng)去除Ti3C2Tx表面的-F官能團(tuán)增強(qiáng)贗電容
      MXenes是一種新的二維材料家族,由于其獨(dú)特的化學(xué)和物理性質(zhì),被認(rèn)為是超級(jí)電容器的理想候選。實(shí)驗(yàn)證明,MXenes上的末端基團(tuán)對(duì)贗電容起決定性作用。在本研究中,我們報(bào)告了一種高效的移除Ti3C2Tx的F端基團(tuán)的策略。我們最初的目的是探索Ti3C2Tx在鈉離子電池中的應(yīng)用,但我們發(fā)現(xiàn)Ti3C2Tx上幾乎所有的F端基都可以在高溫下與Na金屬反應(yīng)消除,并且在后續(xù)的洗滌步驟中引入了大量的O端基。綜合表征分析和密度泛函理論(DFT)計(jì)算,闡明了其作用機(jī)理。此外,優(yōu)化后的Ti3C2Tx-MXene在1 М H2SO4中表現(xiàn)出了521 F g-1(掃描速率為2mv s-1)或578 F g-1(放電速率為1Ag-1)的超高比電容,并且在10000次循環(huán)后仍能保持92%的容量。該研究將為MXenes的表面化學(xué)研究提供新的思路,并促進(jìn)其在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。
 
 
圖1. 金屬鈉反應(yīng)取代Ti3C2Tx表面端基的示意圖。
 
 
圖2 (a) Ti3AlC2、Ti3C2Tx和Ti3C2Tx-Na的XRD譜圖。(b) Ti3C2Tx和(c) Ti3C2Tx-Na的SEM圖像。(d) (e) Ti3C2Tx和(f) Ti3C2Tx- Na的EDS和TEM圖像。
 
 
圖3. (a) XPS總譜,(b) C 1s, (C) O 1s和(d) Ti3C2Tx和Ti3C2Tx-Na的Ti 2p XPS高分辨率譜。
 
 
圖4. (a) Ti3C2Tx和Ti3C2Tx- Na的FTIR和(b) Raman光譜。(c, d)對(duì)應(yīng)電極在1M H2SO4中5 mV s-1的電化學(xué)拉曼光譜。
 
 
圖5 Ti3C2Tx和Ti3C2Tx-Na電極的電化學(xué)測試:(a) 1 М H2SO4 (2mV s-1)的CV曲線。(b) 1 М H2SO4 (1 A g-1)的GCD曲線。(c)不同掃描速率下Ti3C2Tx-Na的CV曲線。(d) Ti3C2Tx和Ti3C2Tx-Na電極的峰值電流與掃描速率的關(guān)系。(e) Ti3C2Tx-Na電極在50 mV s-1下的電容保持測試。(f) Ti3C2Tx和Ti3C2Tx-Na電極的速率。
 
 
圖6. 吉布斯自由能變化圖。
 
       相關(guān)科研成果由天津大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院Xiaobin Fan等人于2022年發(fā)表在Energy Storage Materials (https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.06.028)上。原文:Remove the –F Terminal Groups on Ti3C2Tx by Reaction with Sodium Metal to Enhance Pseudocapacitance。

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)

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