冯新亮院士AM：末端改变实现用于超快钠离子存储的高容量MXene负极！

二维过渡金属碳化物和/或氮化物，即所谓的MXene，已被认为是理想的快充阳离子嵌入电极材料，但其比容量有限。

德累斯顿工业大学冯新亮院士等证明构建具有氧化还原活性的类偏磷酸盐PO₂末端是一种有吸引力的策略，可以显著提高Nb₄C₃ MXene的Na⁺存储能力。

在这里，通过对由Nb₄C₃T_x MXene和黑磷(BP)组成的混合膜进行退火，通过靶向末端转换方法构建具有类偏磷酸盐末端的Nb₄C₃MXene（PO₂-Nb₄C₃）。与传统的O端 Nb₄C₃（O-Nb₄C₃，96.5 mAh g^-1）相比，PO₂-Nb₄C₃显示出两倍的Na⁺存储容量（221.0 mAh g^-1），超过了大多数报道的用于Na⁺存储的MXenes，这归因于PO₂末端引起的Nb的额外氧化还原位点和增强的氧化还原深度。

此外，令人印象深刻的是，PO₂-Nb₄C₃的高比容量并没有牺牲快速充电能力，这可以归因于四倍富集的载流子密度、增加的电导率（在300 K时增加了12.3 倍）和不衰减的 Na⁺扩散能力。PO₂-Nb₄C₃电极在充电时间分别为4.9分钟和20.4秒时即可达到容量的80%和51%。

图1 Na⁺储存能力

此外，PO₂-末端被证明可以在Na⁺嵌入/脱嵌过程中缓冲Nb₄C₃的内应力，从而有助于提高循环寿命（600次循环后容量不衰减）。与N掺杂的分级多孔碳(NHPC)正极配对后，PO₂-Nb₄C₃电极可进一步用于组装钠离子电容器器件，其实现了55 Wh L^-1的最大能量密度以及9765 WL^–1的超级电容器级功率密度。

这项研究揭示了MXene末端的分子级设计为同时开发高容量和快速充电电极提供了机会，从而缓解了储能设备典型的能量-功率权衡。

图2 PO₂-Nb₄C₃电极的快速充电能力

Redox-Active Metaphosphate-like Terminals Enable High-Capacity MXene Anodes for Ultrafast Na-ion Storage. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202108682

原创文章，作者：v-suan，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/15/d9db56c667/

冯新亮院士AM：末端改变实现用于超快钠离子存储的高容量MXene负极！

相关推荐

分享到：