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Ti
3C
2T
x的F端基團(tuán)的策略。我們最初的目的是探索Ti
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2T
x在鈉離子電池中的應(yīng)用，但我們發(fā)現(xiàn)Ti
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x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Ti
3C
2T
x-MXene在1 М H
2SO
4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Ti
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x表面端基的示意圖。
圖2 (a) Ti
3AlC
2、Ti
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x和Ti
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x-Na的XRD譜圖。(b) Ti
3C
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x和(c) Ti
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x-Na的SEM圖像。(d) (e) Ti
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x和(f) Ti
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x- Na的EDS和TEM圖像。
圖3. (a) XPS總譜，(b) C 1s， (C) O 1s和(d) Ti
3C
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x和Ti
3C
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x-Na的Ti 2p XPS高分辨率譜。
圖4. (a) Ti
3C
2T
x和Ti
3C
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x- Na的FTIR和(b) Raman光譜。(c, d)對(duì)應(yīng)電極在1M H
2SO
4中5 mV s
-1的電化學(xué)拉曼光譜。
圖5 Ti
3C
2T
x和Ti
3C
2T
x-Na電極的電化學(xué)測試:(a) 1 М H
2SO
4 (2mV s
-1)的CV曲線。(b) 1 М H
2SO
4 (1 A g-1)的GCD曲線。(c)不同掃描速率下Ti
3C
2T
x-Na的CV曲線。(d) Ti
3C
2T
x和Ti
3C
2T
x-Na電極的峰值電流與掃描速率的關(guān)系。(e) Ti
3C
2T
x-Na電極在50 mV s
-1下的電容保持測試。(f) Ti
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x和Ti
3C
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x-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 Ti
3C
2T
x by Reaction with Sodium Metal to Enhance Pseudocapacitance。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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