二維(2D)MXenes納米材料因其獨特的物理/化學性質(zhì)以及在能源材料中的廣泛應用而備受關(guān)注。然而,MXenes在電化學儲能領(lǐng)域面臨諸多問題,如固有的低容量、自堆疊、不利的表面官能團等。針對以上問題,迫切需要對MXenes材料進行表面改性,以提高儲能系統(tǒng)的性能,解決其在發(fā)展高性能儲能技術(shù)的問題。本文簡要總結(jié)了MXenes的合成方法,介紹了基于MXenes表面改性的最新研究進展,探討了MXenes納米復合材料的性能以及在鋰離子電池、鈉離子電池、鉀離子電池等堿金屬離子電池中的應用。最后,對MXenes納米復合材料在未來堿金屬離子電池的應用中所面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展前景進行了展望。

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【部分圖文】：

圖1 (a)元素周期表中的元素反應形成MAX相[13];(b) MAX相和相應MXenes的結(jié)構(gòu)[14]

通常,MXenes是指從金屬-陶瓷MAX相通過去除層間A原子提取MnXn-1(n=2,3,4)層(MAX,其中M=早期過渡金屬;A=IIIA族或IVA族元素;X=C,N)[13]。如圖1所示,MAX相中的M和X原子堆疊成六邊形晶格,X原子占據(jù)邊緣共享的M八面體籠的中心。在去除....

圖3 Ti3C2/Ni-Co-Al-LDH納米片異質(zhì)結(jié)構(gòu)體的制備示意圖[75]

2016年,Wang等[41]利用原子對分布函數(shù)解析了Ti3C2TxMXene的表面結(jié)構(gòu)。證實了兩個相鄰Ti3C2Tx層之間強烈的層間相關(guān)性來源于F…H-O氫鍵,表明氫鍵和范德華力相互作用可能是MXenes的表面自組裝驅(qū)動力。如圖3所示,2018年作者等[75]實現(xiàn)了帶負電荷的T....

圖2 (a)從Ti3C2到NaTi2(PO4)3的示意圖,其中Ti3C2被部分氧化成TiO2,然后與PO3-4和Na+反應形成NaTi2(PO4)3;(b)MXene@NTP-C納米帶的合成策略,其包括刻蝕-剝離工藝以制備Ti3C2 MXene和下一個轉(zhuǎn)化-煅燒步驟以獲得最終產(chǎn)物[62]

通過對MXenes的表面氧化和改性研究,這些表面原子層的反應為在MXenes上形成外來氧化物納米結(jié)構(gòu)開辟了新的途徑。然而,這些表面原子的可控反應仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。Gogotsi等[33,59]提出,可以預測雙過渡金屬MXenes中的金屬原子分布。特別是Mo原子更傾向于占據(jù)富M....

圖4 (a)通過范德華力相互作用在THF中的MXenes納米片上簡單地自組裝TMO納米結(jié)構(gòu)(包括TiO2納米棒和SnO2納米線)的示意圖。(b) SnO2@MXene異質(zhì)結(jié)構(gòu)的低倍TEM。 (c) SnO2納米線,MXene納米片和SnO2@MXene異質(zhì)結(jié)構(gòu)的倍率性能[87]

最近作者等[89]結(jié)合原位硅酸鹽水解和低溫還原方法合成的Si/Ti3C2MXene復合材料用于鋰離子電池的負極表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學性能。Ti3C2MXene不僅可以為Li+和電子提供快速傳輸通道,還可以減少循環(huán)過程中Si的體積膨脹。此外,Ti3C2MXene優(yōu)異的贗電容性能....

本文編號：4015703