陈人杰/李丽AFM：MXene 衍生碳包覆 π-Ti2O(PO4)2作为聚阴离子化合物的新候选物用于钾离子电池负极

在聚阴离子材料中发生的插层型反应被认为是应对钾离子电池（PIB）中大量K+与主体结构之间不匹配关系的一种简单方法。然而，引入聚阴离子骨架带来的大“死”重量和较差的导电性严重限制了聚阴离子负极的电化学性能。

在此，北京理工大学李丽教授、陈人杰教授等人通过简单的Ti₃C₂T_x MXene衍生方法合成了一种碳涂层1Dπ型氧化钛磷酸盐（π-Ti₂O(PO₄)₂）(TOP@C)。

通过结构分析和DFT计算，发现TOP@C中存在有机磷源（植酸）衍生的超薄碳层、合适的容纳位点和K+的扩散路径，确保了TOP@C负极在K+的插入和迁移过程中具有更强的导电性、更小的体积变化以及有竞争力的插入能量和低的扩散障碍。这些都使得TOP@C克服了聚阴离子化合物中存储容量的限制。

图1. DFT计算

总而言之，该工作通过简单的Ti₃C₂T_x衍生方法合成了具有沿[100]方向优先生长方向的一维碳包覆TOP@C，并证明了其作为PIB新候选负极的可行性。根据DFT计算，TOP@C中的π-Ti₂O(PO₄)₂的晶体结构使其具有低应变K+插入的特性。

此外，TOP@C可沿[100]方向提供大型隧道进而缓解PIBs中K+插入能量和扩散势垒。特别地，TOP@C//PTCDA全电池提供了119.4 Wh kg^-1的高能量密度，功率密度高达632.8 W kg^-1，并在循环过程中保持了理想的容量。因此，这种MXene衍生的策略可为低应变负极和正极的高性能无机开放框架的设计提供思路。

图2. TOP@C//PTCDA全电池的电化学性能

A New Candidate in Polyanionic Compounds for Potassium Ion Battery Anode: MXene Derived Carbon Coated π-Ti2O(PO4)2, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202300125

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陈人杰/李丽AFM：MXene 衍生碳包覆 π-Ti2O(PO4)2作为聚阴离子化合物的新候选物用于钾离子电池负极

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