MXene作為一種新型二維過(guò)渡金屬碳化物，具有與石墨烯類似的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在儲(chǔ)能領(lǐng)域得到廣泛研究。然而，MXene本身比容量低，因此構(gòu)建合理的納米結(jié)構(gòu)、保留二維材料特征、引入高儲(chǔ)鋰容量成為MXene在高性能電極材料應(yīng)用方面的挑戰(zhàn)。
前期，研究團(tuán)隊(duì)利用剝離Ti3C2Tx MXene時(shí)使用的四丁基銨離子(TBA+)作為陽(yáng)離子中間體，有效削減Ti3C2Tx和氧化石墨烯(GO)之間的靜電斥力，使兩種二維材料形成面對(duì)面排列結(jié)構(gòu)，制備出具有優(yōu)異比容量和倍率性能的Ti3C2Tx/rGO復(fù)合負(fù)極材料(Sci. Bull. 2021, 66, 914-924)。在此基礎(chǔ)上，科研團(tuán)隊(duì)利用水熱法制備熱力學(xué)穩(wěn)定的1T相MoS2，并在二維Ti3C2Tx上原位生長(zhǎng)，制備出1T-MoS2/d-Ti3C2Tx二維復(fù)合納米材料。在水熱過(guò)程中TBA+嵌入MoS2層間，擴(kuò)大層間距離的同時(shí)為MoS2注入額外電荷誘導(dǎo)其從2H向1T相轉(zhuǎn)變。擴(kuò)展的層間空間及1T相MoS2的金屬導(dǎo)電性為鋰離子在1T-MoS2/d-Ti3C2Tx的擴(kuò)散降低了能量勢(shì)壘，有效彌補(bǔ)了正負(fù)極之間的動(dòng)力學(xué)差異。此后，研究人員采用1T-MoS2/d-Ti3C2Tx作為負(fù)極，多孔石墨烯作為正極，組裝成的高性能鋰離子電容器能量密度最高可達(dá)188 Wh/kg，功率密度最高可達(dá)13 kW/kg(以上數(shù)據(jù)基于電極材料質(zhì)量)，5000次充放電循環(huán)后容量保持率為83%。研究表明，1T-MoS2/d-Ti3C2Tx作為高性能鋰離子電容器的負(fù)極材料具有較好的應(yīng)用前景，為高性能鋰離子電容器的開發(fā)提供了新思路。
研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院大連潔凈能源研究院合作基金、中科院青年促進(jìn)會(huì)等的支持。
1T-MoS2/d-Ti3C2Tx二維復(fù)合納米材料結(jié)構(gòu)示意圖
