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天津大学化学工程与技术学院Xiaobin Fan等--通过与金属钠反应去除Ti3C2Tx表面的-F官能团增强赝电容
      MXenes是一种新的二维材料家族,由于其独特的化学和物理性质,被认为是超级电容器的理想候选。实验证明,MXenes上的末端基团对赝电容起决定性作用。在本研究中,我们报告了一种高效的移除Ti3C2Tx的F端基团的策略。我们最初的目的是探索Ti3C2Tx在钠离子电池中的应用,但我们发现Ti3C2Tx上几乎所有的F端基都可以在高温下与Na金属反应消除,并且在后续的洗涤步骤中引入了大量的O端基。综合表征分析和密度泛函理论(DFT)计算,阐明了其作用机理。此外,优化后的Ti3C2Tx-MXene在1 М H2SO4中表现出了521 F g-1(扫描速率为2mv s-1)或578 F g-1(放电速率为1Ag-1)的超高比电容,并且在10000次循环后仍能保持92%的容量。该研究将为MXenes的表面化学研究提供新的思路,并促进其在多个领域的应用。
 
 
图1. 金属钠反应取代Ti3C2Tx表面端基的示意图。
 
 
图2 (a) Ti3AlC2、Ti3C2Tx和Ti3C2Tx-Na的XRD谱图。(b) Ti3C2Tx和(c) Ti3C2Tx-Na的SEM图像。(d) (e) Ti3C2Tx和(f) Ti3C2Tx- Na的EDS和TEM图像。
 
 
图3. (a) XPS总谱,(b) C 1s, (C) O 1s和(d) Ti3C2Tx和Ti3C2Tx-Na的Ti 2p XPS高分辨率谱。
 
 
图4. (a) Ti3C2Tx和Ti3C2Tx- Na的FTIR和(b) Raman光谱。(c, d)对应电极在1M H2SO4中5 mV s-1的电化学拉曼光谱。
 
 
图5 Ti3C2Tx和Ti3C2Tx-Na电极的电化学测试:(a) 1 М H2SO4 (2mV s-1)的CV曲线。(b) 1 М H2SO4 (1 A g-1)的GCD曲线。(c)不同扫描速率下Ti3C2Tx-Na的CV曲线。(d) Ti3C2Tx和Ti3C2Tx-Na电极的峰值电流与扫描速率的关系。(e) Ti3C2Tx-Na电极在50 mV s-1下的电容保持测试。(f) Ti3C2Tx和Ti3C2Tx-Na电极的速率。
 
 
图6. 吉布斯自由能变化图。
 
       相关科研成果由天津大学化学工程与技术学院Xiaobin Fan等人于2022年发表在Energy Storage Materials (https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.06.028)上。原文:Remove the –F Terminal Groups on Ti3C2Tx by Reaction with Sodium Metal to Enhance Pseudocapacitance。

转自《石墨烯研究》公众号

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