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Ti₃C₂T_x的F端基团的策略。我们最初的目的是探索Ti₃C₂T_x在钠离子电池中的应用，但我们发现Ti₃C₂T_x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Ti₃C₂T_x-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Ti₃C₂T_x表面端基的示意图。
 
 
图2 (a) Ti₃AlC₂、Ti₃C₂T_x和Ti₃C₂T_x-Na的XRD谱图。(b) Ti₃C₂T_x和(c) Ti₃C₂T_x-Na的SEM图像。(d) (e) Ti₃C₂T_x和(f) Ti₃C₂T_x- Na的EDS和TEM图像。
 
 
图3. (a) XPS总谱，(b) C 1s， (C) O 1s和(d) Ti₃C₂T_x和Ti₃C₂T_x-Na的Ti 2p XPS高分辨率谱。
 
 
图4. (a) Ti₃C₂T_x和Ti₃C₂T_x- 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 Ti₃C₂T_x和Ti₃C₂T_x-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Ti₃C₂T_x-Na的CV曲线。(d) Ti₃C₂T_x和Ti₃C₂T_x-Na电极的峰值电流与扫描速率的关系。(e) Ti₃C₂T_x-Na电极在50 mV s^-1下的电容保持测试。(f) Ti₃C₂T_x和Ti₃C₂T_x-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 Ti₃C₂T_x by Reaction with Sodium Metal to Enhance Pseudocapacitance。

转自《石墨烯研究》公众号