化合物定制合成网 > 新闻资讯 > MXene超电电极综述:Ti3C2Tx 的可控合成、结构构建及储能机理
超级电容器由于具有比电池更高的功率密度,比传统平板电容器更高的能量密度,被认为是下一代能源存储设备。最近几年,MXene作为二维固体材料的新成员,由于具有优异的物理和化学性能,引起了研究者们的广泛关注,其作为电极材料也显示出了优异的电化学储能性能和电子导电性。 Enhancing Capacitance Performance of Ti 3 C 2 T x MXene as Electrode Materials of Supercapacitor: From Controlled Preparation to Composite Structure Construction
Xiaobei Zang, Jiali Wang, Yijiang Qin, Teng Wang, Chengpeng He, Qingguo Shao, Hongwei Zhu, Ning Cao*
Nano‑Micro Lett.(2020) 12:77
https://doi.org/10.1007/s40820-020-0415-5
1. 对传统和新颖的 刻蚀方法 进行了总结和比较,特别是 无氟方法 。对加速剥离Ti3 C2 Tx 的方法进行分类。 2. 比较了不同电解质中Ti3 C2 Tx 的 储能机理 ,探讨了形貌和表面官能团对储能机理的影响。 3. 针对Ti3 C2 Tx 的问题,总结并比较了 从结构调节到复合结构构建 的改善电容的策略。 Ti3 C2 Tx 是一种新型的二维层状材料,由于其良好的金属导电性,氧化还原反应活性表面等优点,被广泛用作超级电容器的电极材料。但是,Ti3 C2 Tx 存在许多挑战有待解决,阻碍了其获得理想的比电容,例如钛的重新堆积,重新压碎和氧化。最近,许多增强Ti3 C2 Tx 的电容性能策略被提出。 中国石油大学(华东)曹宁副教授团队 在这篇综述中,总结并比较了改善Ti3 C2 Tx 超级电容器电极材料的 比电容的最新策略 ,例如成膜,表面改性和复合方法。此外,为了理解这些机理,本综述分析了不同电解质中的储能性能及其影响因素。该综述有望预测超级电容器中Ti3 C2 Tx 材料的研究方向。 图1. (a)Ti3 C2 Tx 的结构;(b)N掺杂的Ti3 C2 Tx ;(c)Ti3 C2 Tx /层状金属双氢氧化物;(d)Ti3 C2 Tx /导电聚合物;(e)碳插层的Ti3 C2 Tx 复合纸;(f)WO3 /Ti3 C2 Tx 复合纸;(g)3D Ti3 C2 Tx 气凝胶。 图2. Ti 3 C 2 T x 结构。(a)Ti 3 C 2 T x 的原子构型图;(b)Mxene蚀刻和剥离的工艺示意图;(c)Ti 3 C 2 T x 颗粒和Ti 3 C 2 T x 的扫描电子显微镜(SEM)图像。 图3. Ti3 C2 Tx 在5 mV/s的扫描速率下的电化学性能。(a)Ti3 C2 Tx 表面离子嵌入机理的示意图。(b)Ti3 C2 Tx 在LiCl,NaCl和KCl水溶液中在不同电势窗口下的CV曲线。 图4. Ti3 C2 Tx 在不同电解质中的赝电容。(a)H2 SO4 溶液中Ti3 C2 Tx 的表面基团的变化;(b)Ti3 C2 Tx 的CV曲线,扫描速率为20 mV/s;(c)不同扫描速率下Ti3 C2 Tx 的质量比电容;(d)Ti3 C2 Tx 在KOH电解质中不同扫描速率下的CV曲线;(e)使用Ti3 C2 Tx 作为具有溶剂化或去溶剂化状态的负极的超级电容器示意图。 图5. (a)纳米多孔Ti3 C2 Tx 膜的制备示意图;(b)泡沫镍的SEM图像;(c)Ti3 C2 Tx 薄膜和改性纳米多孔薄膜的CV曲线,扫描速率为10 mV/s。MP-MXx 指获得了纳米多孔Ti3 C2 Tx 膜。 图6. (a)不同放大倍数Ti3 C2 Tx 气凝胶的SEM图像;(b)Ti3 C2 气凝胶的横截面图,Ti3 C2 气凝胶的SEM图像以及TEM;(c)Ti3 C2 气凝胶的CV和GCD曲线,不同质量载荷下的比电容,Ti3 C2 气凝胶堆叠电容的虚部(C')的变化以及不同质量载荷下的面电容。 图7. (a)Ti3 C2 Tx 与吡咯聚合示意图;(b)Ti3 C2 Tx /MnO2 纳米线的横截面SEM图像和TEM图像;(c)不同样品Ti3 C2 Tx / MnO2 纳米线的CV和GCD曲线。 图 8. Ti3 C2 Tx -rHGO纳米多孔网络。(a)SEM横截面图;(b)Ti3 C2 Tx 薄膜和Ti3 C2 Tx -rHGO的CV和GCD曲线以及面质量负载对体积比电容的影响。 图 9. ( a)静电纺丝Ti3 C2 Tx 复合材料的形貌;(b)使用双辊法制备Ti3 C2 Tx 纤维的过程示意图;(c) 双辊法制备Ti3 C2 Tx 纤维的表面和横截面形貌;(d)获得的CV曲线和GCD曲线。 图 10. N掺杂的Ti3 C2 Tx 。(a)N掺杂的Ti3 C2 Tx 在水合电解质中电荷存储示意图;(b)使用尿素作为氮源的Ti3 C2 和N掺杂的Ti3 C2 Tx 的光学和SEM图像;(c)使用不同方法制备的Ti3 C2 薄膜和N掺杂的Ti3 C2 的CV曲线。
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