大連化物所二維金屬碳化物納米片衍生物研究獲進(jìn)展

　　近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所二維材料與能源器件研究組研究員吳忠?guī)泩F(tuán)隊發(fā)展了一種同時氧化和堿化的新策略，一步法實現(xiàn)了二維金屬碳化物納米片（Ti3C2 MXene）向超薄鈦酸鈉或鈦酸鉀納米帶的轉(zhuǎn)變，發(fā)現(xiàn)其具有優(yōu)異的儲鈉和儲鉀性能。相關(guān)研究成果發(fā)表在ACS Nano（DOI：10.1021/acsnano.7b01165）上。

　　MXene是一類新型二維金屬碳（氮）化物納米片，具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，一般由三元MAX相經(jīng)化學(xué)刻蝕剝離制得，其中M指過渡族金屬（如Ti、V、Nb、Ta等），A指Al、Si等，X指C、N。常見的Ti3C2 MXene表面具有大量的含氧/氟官能團(tuán)，作為儲能電極材料時易產(chǎn)生較大的不可逆容量，導(dǎo)致可逆比容量與庫倫效率較低。因此，需要研發(fā)結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定的MXene基新型電極材料。

　　該研究團(tuán)隊通過設(shè)計一種同時氧化和堿化的新過程，一步法實現(xiàn)了二維金屬碳化物納米片（MXene）向超薄鈦酸鈉或鈦酸鉀納米帶的轉(zhuǎn)變，所制備的納米帶具有較大的層間距（0.90~0.93 nm）、超薄厚度（<11 nm）、較窄寬度（<60 nm）以及開放的大孔結(jié)構(gòu)，有利于充放電過程中電解液離子的快速傳輸以及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。因此，該類鈦酸鈉納米帶在200 mA g-1電流密度下展現(xiàn)出高達(dá)191 mAh g-1的比容量，鈦酸鉀納米帶具有優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性，超過900次的穩(wěn)定循環(huán)且保持較高比容量，明顯優(yōu)于其它的鈦基納米材料。重要的是，Ti3C2 二維納米片只是60余種 MXene家族中的一種，因此該工作為開發(fā)新型MXene衍生功能納米材料開辟了新的途徑。

　　上述工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、國家青年千人計劃、遼寧省自然科學(xué)基金、中國博士后基金等項目的資助。

大連化物所二維金屬碳化物納米片衍生物研究獲進(jìn)展