Small:柔性三维多孔MXene泡沫作为高性能锂离子电池的电极

MXene是一种分子通式为Mn+1XnTx的新型二维过渡金属碳化物/氮化物材料,其中M表示过渡金属(Ti、V、Mo等),X表示碳和/或氮(n=1、2或3),T表示-O、-OH、-F等官能团。MXene独特的二维层状结构和丰富的表面官能团使其表现出类金属的导电性、良好的亲水性和机械稳定性,在电化学储能、电磁屏蔽、电催化、压力传感器等领域都有着良好的应用前景。当前MXene研究的热点之一是作为电极材料用于锂/钠离子电池、锂-硫电池和超级电容器等储能器件。但是,与其他二维材料类似,MXene纳米片容易自堆叠形成致密的结构,对锂离子的传输造成阻碍,导致其电化学性能无法充分发挥。将二维MXene纳米片构筑成三维多孔结构,可防止纳米片的堆叠,改善离子传输,是改善MXene电极性能的有效方法。然而,MXene三维结构的构筑通常需要复杂的流程,因此开发一种简便方法来制备柔性三维多孔MXene电极材料具有重要意义。

近日,北京化工大学的徐斌教授团队报道了一种采用价格低廉的硫颗粒作为模板,经过液相混合-减压抽滤-模板去除过程制备三维多孔MXene泡沫的方法。该方法简单易行,制备得到的三维MXene泡沫多孔结构可控,具有柔性自支撑的特点,能够直接用作锂离子电池负极。其三维多孔结构显著增加了MXene纳米片的储锂活性位点,有利于电解液的渗透和锂离子的传输,构筑出良好的三维离子/电子传输通道。因此,该MXene泡沫表现出优异的电化学储锂性能,具有455.5 mAh g-1的高比容量(50 mA g-1),在1 A g-1时循环3500次仍稳定在220 mAh g-1,在18 A g-1的高倍率下仍保持在101 mAh g-1。该工作不仅提供了性能优异的三维多孔MXene泡沫电极材料,还提供了简便易行的硫模板法用以将二维纳米片构筑成三维泡沫。相关论文“Flexible 3D Porous MXene Foam for High-Performance Lithium-Ion Batteries”在线发表在Small (DOI: 10.1002/smll.201904293)上。