二维层状Ti基MXene的电化学性能研究进展
2022-05-13
来源:小奈知识网
第4期 丁洁等:二维层状Ti基MXene的电化学性能研究进展 二维层状Ti基MXene的电化学性能研究进展 丁沽,范燕平 ,马名杰,刘宝忠 454003) (河南理工大学化学化工学院,河南焦作摘要:MXene是一种新型前过渡族金属碳(氮)化物,因其独特的二维层状结构,良好的导电性和稳定性,以及层 间可以容纳离子和分子的特性,使其在储能领域受到广泛关注。通过插层处理,与高分子材料、金属氧化物等复合 可以改善MXene的电化学性能。综述了Ti基MXene及其复合材料在锂离子电池和超级电容器方面的理论研究和 应用研究现状。 关键词:MXene;复合材料;电化学性能 中图分类号:TQ134.1 文献标识码:A 文章编号:1003—3467(2018)04—0007—08 Research Progress of Electrochemical Properties of Two——dimensional Layered Ti—based MXene DING Jie,FAN Yanping ,MA Mingjie,LIU Baozhong (College of Chemistry and Chemical Engineering,Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454003,China) Abstract:MXene is a noval early transition metal carbides or carbonitride,it is received much attention in the field of energy storage owing to its unique two—dimensional layered structure,good electrical conduc- tivity and stability property.and the ability to contain ions and molecules among layers.The electrochemi— cal performance can be improved by intercalation treatment,compound with polymer materials and other metal oxides.The theoretical and application research in lithium—ion batteries and supercapacitor of Ti— based MXene and its composite are reviewed. Key words:MXene;composite;electrochemical properties 0 引言 近年来,电子设备的普及对简便储能装置的要 素,T为表面官能团(如一F,一O,一OH),n=1、2、 3【12 3。理论研究发现表面官能团的存在,对材料的 稳定性和电子性质具有决定性作用,结果表明MX— ene纳米管的电子结构具有金属特性,但表面羟基 的分布状态将决定其表现出金属特性或半导体特 性 。本文主要以Ti基MXene为基础,综述了 MXene及其复合材料的制备方法,以及在锂离子电 池和超级电容器领域的研究现状。 求越来越高。以石墨烯为首的二维材料由于具有良 好的导电性、特殊的力学、光学和磁学性质,在近年 来受到普遍关注,并且被广泛用于锂离子电池和超 级电容器等领域。一种类石墨烯材料,层状过渡族 金属碳(氮)化物(MXene)因具有良好的导电性和 机械性能,自2011年被发现以来,便被称为具有很 大发展前景的新型储能材料 一1o 3。MXene是化学 液相刻蚀前驱体MAX相中的A原子层所得,用化 学通式M川x T 表示,其中M为前过渡族金属(包 括Ti、V、Nb等),x为C或N,A为Ⅲ或Ⅳ主族元 收稿日期:2018—02—07 基金项目:国家自然科学基金(51671080;51471065) l Ti基MXene制备方法 迄今为止,已有70多种MAX相(M AX )被 相继发现或合成出来,根据n值的不同,分为211 系,3 l 2系和4 1 3系,如图1所示¨】 14]。MAX相的 作者简介:丁洁(1991一),女,硕士在读,从事电极材料的制备及其电化学性能研究工作,E—mail:dingjiepudding@163.con;r联系人:范燕 平(1979一),女,副教授,从事电极材料的制备及其电化学性能研究工作,E—mail:fanyanping@hpu.edu.cn。 河南化工 ·8· HENAN CHEM1CAL INDUSTRY 2018年第35卷 M,AX M AX: M4AX3 X:C、N A:AI、Ga、In、T1、Si、Ge、Sn、Pb、P、As、S M:Sc、Tj、Zl’、Hf、V、Nb、Ta、Cr、MO、Mn 图1 M AX相,M AX!相和M AX 相的结构示意图 晶体结构中,M—x为共价键和离子键,结合键强度 反应过程中Ti—Al之间的金属键断裂得到 较高,M—A为金属键,相对较弱,液相刻蚀时金属 Ti C ,由于暴露在外的 元素具有较高的活性, 键断裂,获得以…/[M .XJJ]/[M X ]/[M Ti,c 将继续与HF或水反应,得到表 含有F基团 x /…的形式交替排列的层状结构。 的Ti C:F:或表面存在一0H基团的Ti,C (OH):。 目前常见的刻蚀刹包括HF、LiF+HC以及 HF、I +HCI以及NH HF:刻蚀Ti A1C 制备Ti3(: NH HF 等氟盐 ' 以Ti AIC 为代表的MAX 的XRD图谱如图2所示,HF刻蚀后,Ti3A1C 的特 相刻蚀过程反应公式分别为: 征峰消失不见,被Ti C!F!和Ti C!(OH) 取而代 Ti AIC,+3HF—AIF +Ti C,+1.5H, (1) 之,I iF+HCI刻蚀Ti A1C,后,虽有残余的Ti3 A1C Ti A1C +3LiF+3HCI一 后,似Ti c 2的(002)相对HF刻蚀结果明显向左偏 AlF +rri c,+3I iCl+1.5H, (2) 移,同样NH HF!制备的Ti3C!的(002)峰明显向左 Ti A1C,+3NH HF,一 发,}!偏移,主要是由于I i 和NH;具 仃一定的插层 (NH ) AIF +Ti C,+1.5H, (3) 作用,并且后两者的刻蚀过程较为温和 / : £.x IIalcd 、 ' 暮 菪 苫 l I C、fOH) 谢 黧 0一 一 § 一 摹 1. l 10 2O 30 40 50 60 20/(。) 图2 HF(a)、LiF+HCI(b)以及NH HF ( ·)刻蚀Ti3AIC!制备 Fi C 的XRD图谱 为_r增加MXene片层之间的距离,Mashtalir 插层Ti,C!。室温条件下c轴上的品格参数分别从 等”分别研究了水合肼(HM)插层Ti C 、水合肼与 1.95 13nl增加到HM插层后的2.548Ⅲn和HM+ N,N一二甲基甲酰胺(HM+DMF)在不同条件下共DMF共插层后的2.68 nm,而在120 F HM插层 第4期 丁洁等:二维层状Ti基MXene的电化学性能研究进展 ·9· 后的c值回到2.06 nm,HM+DMF共插层回到2.6 nm,由此说明插层过程足可逆的。此外,HM也可以 插入Ti (iN和TiNbC层问。Mashtalir 。也研究了乙 酸、丙酮、乙腈、j氯甲烷、二甲基亚砜、甲醛、异丙 -的富锂环境中,Li将嵌入到由Al原子空出的空间中 形成Ti C!I i!,假设可能发生的反应为rri c!+2L i Ti C,Li,,反应中具有0.28 eV的焓变,原因可 能是“的原子半径为145 pm,而A1的原子半径为 胺、尿素、甲苯等有机分子对MXene的插层效果,其 中二甲基亚砜的插层剥离效果最佳,C轴上的晶胞 参数增加1.59 nnl。此外,在氢氧化钾、氢氧化钠、 氢氧化铵、碳酸钠、氯化铝、乙酸钾、乙酸钠和乙酸锂 这些常见的盐和碱溶液中,JJi 、Na 、Mg“、K 、 NH4和1 A1¨均能自发进入rri C,T,层间,引起C轴 方向不同程度的膨胀。Naguib等¨ 采用四丁基氢 氧化铵(TBAOH)作为插层剂处理Ti CNT ,在 TBAOH浸泡2 h后,(002)峰对应的C值增加1.72 nnl。说明MXene具有层间可容纳多种离子和分子 的特性,以及其独特的化学组成和结构形貌,使其在 锂离子电池、超级电容器应用方面具有潜在的发展 前景 125 pm。这个结构将提供320 mAh/g的比容量,这 与I i进入石墨形成I iC 得到372 mAh/g的理论比 容量相当。Tang等 ’利用理论模拟发现IJi在 Ti c 、Ti C F2和Ti C2(OH),单层 的最有利的吸 附构型是I川 子吸附在C原子上。I i原子在单层 Ti C,、Ti C,F,和Ti C、(OH) _l二存在j条不同扩散 路径(I、Ⅱ和Ⅲ)。I足Li从C原子顶端扩散到 另一个C原子顶端;Ⅱ是I i从C原子顶端扩散到rrj (1)位置再扩散到C原子顶端;m是Li从c原子顶 端扩散到Ti(2)位置( Fi,C ),或者F原子 (Ti3C:F ),或者OH基团(Ti C (OH)!),再扩散到 C原子顶端。在Ti C (OH) 中只考虑Ⅱ和Ⅲ路径 是由于I路径中IJi的迁移会导致I i和OH之间的 明显空间排斥,并可能引起O—H键断裂。Ti c,上 Li—C的扩散路径最短为0.361 4 nln。 2 rri基MXene锂离子电池-陛能研究现状 近年来,众多研究学者对MXene在锂离子电池 方面的应用进行了相关的理沦和性能研究。Naguib IJi在Ti C2、Ti C2F2和Ti C,(OH) 单层上扩 散的三条迁移路径俯视图以及不同路径对应的Li 扩散最低能垒及最佳扩散路径见图3。 ’ “ 利用密度泛函理沦计算Ti C!的储锂性能,0 K Ti C: (a) 麟 图3 1.i在Ti C 、Ti C2F 和 Fi C (OH) 单层上扩散的三条迁移路径俯视示意图以及不同路径对应的lJi扩散最低能垒及最佳扩散路径 由图3呵知,Ti C 具有最低的扩散阻力, 于F和OH引起的空间位阻,较大的OH基团会在 l'i C F!平“Ti C (OH) 卜的扩散能垒较大,原因在 锂化过程中产生相对较高的I i迁移阻力、 河南化工 HENAN CHEMICAL INDUSTRY 2018年第35卷 Naguib等 研究了表面具有一O、一OH或一F 官能团的Ti CT 作为锂离子电池负极材料的电化 学性能。 Peng等 研究表明,无黏结剂的层状Ti c,/ CNTs杂化薄膜作为锂离子电池阳极具有很好的循 学性能。扫描速率为0.2 mV/s的循环伏安曲线显 示,首次锂化过程出现不可逆还原峰,可能是因为固 环寿命,在0.5 C倍率下300周循环后的可逆容量 体电解质中间相(SEI)的形成引起的,另外锂化和 脱锂峰分别在1.6 V和2.0 V,锂化和脱锂的反应 公式为: Ti2CO +yLi +ye—F Li Ti2CO (4) 恒流充放电测试中,C/25循环倍率下的稳定比 容量为225 mAh/g,1 C循环80周后的稳定比容量 为110 mAh/g,3 C循环120周后的稳定比容量为 80 mAh/g,10 C循环200周后的稳定比容量为70 mAh/g。结果表明,Ti cT 具有良好的电化学稳定 性并且可以作为锂离子插层电极材料。Come等 采用原位XRD研究Ti CT 作为非水系非对称电池 电极材料时的锂化和脱锂过程。研究发现在锂化过 程中,Ti:CT 最左端的(002)峰对应的2 从11.4。 向左偏移至9.4。,对应的c值从1.546 nm增加至 1.827 nm;脱锂时,c值变为1.796 nm。这是由于首 周锂离子嵌入MXene层间,形成固体电解质膜,部 分锂离子没有完全脱嵌。在10 C高倍率充放电时, 首周的可逆比容量为65 mAh/g,表明Ti CT 具有高 倍率放电性能。此外充放电曲线中均未出现电压平 台,证明MXene的储锂机制为锂离子插层,而非两 相转变反应。 Naguib等。¨ 采用二甲基亚砜插层Tj3c2T ,在 水溶液中辅助超声处理获得Ti c T 悬浮液,经抽 滤获得“Ti,C T 纸”,锂离子电池测试中,在1 C倍 率下,“Ti,c:T 纸”的稳定比容量为410 mAh/g,相 当于一个Ti,C:(OH):晶胞中嵌入了3个锂离子, 其性能优于商业石墨电极在1 C时的稳定比容量为 280 mAh/g 引。1 c倍率下“Ti3c2T 纸”几乎是 Li Ti O (比容量<170 mAh/g)的2.5倍,是仅刻蚀 后Ti3c T 的4倍 J。“Ti3c2T 纸”在36 c高倍率 下,700周的长时间循环后仍具有110 mAh/g比容 量,表明“Ti,c T 纸”电极具有高倍率充放电特性, 并且具有很好的循环稳定性。Du等【25 采用LiF+ HC1作为刻蚀剂,四丁基氢氧化铵作为插层剂,经过 冷冻干燥处理获得Ti CN%。研究发现冷冻干燥后 的Ti3CNT 在0.5 A/g电流密度下循环1 000周的 放电比容量为300 mAh/g,具有很好的循环稳定性。 冷冻干燥处理可以解决纳米片堆叠的问题,大大提 高了离子扩散系数,提高循环稳定性,从而优化电化 为428.5 mAh/g,与纯Ti3C2纳米片所仅有的96.2 mAh/g可逆容量相比,具有很好的倍率性能。这归 因于碳纳米管优异的导电性与独特的层状结构能够 在电化学反应过程中为电荷转移提供快速传输通 道。Ren等 在室温下将分层Ti c:T 悬浮液与 CuSO 水溶液混合,通过Cu 离子催化,Ti C T 薄 片被溶解在水中的O 部分氧化,用质量比5.0%氢 氟酸溶解TiO 纳米颗粒,抽滤后获得多孔P— Ti,c T 柔性薄膜。同样的方法可用于制备多孔 V2CTx和Nb2CT 纳米片。P—Ti3C:T 水溶液与化 学气相沉积制备的多壁碳纳米管混合抽滤制备的 P—Ti3C2T /CNT电极(质量比9:1),0.5 C倍率下 P—Ti。C T/CNT电极首周放电容量为790 mAh/g, 100周循环后的稳定容量为500mAh/g;Ti C T 、 P—Ti3C2T 、Ti3C2T /CNT电极的可逆容量分别为 32、110、220 mAh/g,P—Ti C,T /CNT在0.1 C、10 C 和60 c倍率下可逆容量分别为650 mAh/g、230 mAh/g和110 mAh/g,P—Ti3C2T /CNT电极的电化 学性能明显优于其他电极并具有很好的倍率性能。 电化学性能优化的原因在于多孔P—Ti C T 具有 更大的比表面积和开放结构,以及碳纳米管的掺杂 增加了电极导电性。 Zhang等 采用LiF+HC1刻蚀Ti2A1C制备 Ti:CT (T=O、OH),溶剂热法将单水乙酸铜与 Ti2CT 在DMF溶液中混合均匀,150 oC反应10 h合 成Cu:O/Ti CT 复合材料。将Cu2O/Ti2CT 仅添加 黏结剂制成电极,并作为锂离子电池的阳极进行测 试。电流密度为1 000 mA/g时的放电容量为143 mAh/g,200次循环后容量保持率接近100%。 Cu O/Ti CT 的开放导电框架的混合电极表现出显 著改善的电化学性能。Ahmed等 通过在MXene 上原子层沉积SnO:制备用于锂离子电池应用的复 合SnO /MXene阳极。研究发现在含官能团的MX— ene上进行原子层沉积SnO,可以防止原子层沉积 期间的MXene降解。10 am厚的SnO 沉积层阳极 在100 mA/g的首周充放电比容量分别为583 mAh/ g和1 024 mAh/g,10 nm厚的SnO2沉积层的SnO2/ MXene阳极在500 mA/g的首周放电比容量为736 mAh/g,50周循环后稳定在258 mAh/g。HfO:涂覆 第4期 丁洁等:二维层状Ti基MXene的电化学性能研究进展 的SnO /MXene电极在500 mA/g电流密度下的稳 定比容量为843 mAh/g。原因在于SnO2/MXene阳 极利用SnO:提供的高锂离子容量,同时保持导电 MXene的结构,导电性的MXene片能够缓冲锂化和 应用方面的研究最多的是Ti C ,研究表明通过氢氟 酸刻蚀后,经过二甲基亚砜插层得到的“Ti,c: 纸”,在KOH电解液中的比电容为340 F/cm ,与最 近报道的基于活化石墨烯的电极(350 F/cm )相 当 。经过氟化锂和盐酸作为刻蚀剂得到的 “Ti,C T 黏土”的比电容甚至高达900 F/cm ,在1 脱锂时SnO 的体积变化,HfO 钝化层的存在进一 步改善阳极的循环性能和结构完整性。此外, Ahmed等 采用室温下用H O 氧化处理Ti2c,获 得片层表面具有TiO 的TiO:/Ti:C复合材料,在锂 A/g下,经过10 000次循环之后仍能十分接近初始 比电容 。 离子电池测试时,在100、500、1 000 mA/g电流密度 下循环5O周的放电比容量分别是389、337、297 mAh/g,1 000 mA/g下循环1 000周后的稳定比容 量为280 mAh/g,在5 000 mA/g高电流密度下的放 电比容量仍能达到150 mAh/g。高倍率性能和优异 的循环寿命主要归因于H:O:处理后TiO:的生成引 起MXene片层的开放/膨胀,从而具有更大的比表 面积来储存锂离子。 Chen等 在由LiF+HC1刻蚀获得的分层 Ti3c2T 薄片层上,原位聚合EDOT制备Ti3c2T/ PEDOT复合材料,第一性原理计算表明每个EDOT 单体0.34个电子转移至Ti,c:T 薄片上,从而引发 自聚合反应。与原始的Ti,C T 和PEDOT相比, Ti,C T./PEDOT复合材料提高了锂离子储存性能, 100 mA/g电流密度循环100周的稳定比容量为255 mAh/g,比Ti3C2T 提高仅200 mAh/g。锂电池性能 优化的原因在于层间距增加的协同作用,PEDOT的 存在减弱了Ti,c T 的堆叠效应,并且打开更多的 锂离子传输通道。 Zou等 研究表明,在MXene(Ti3C2)上负载纳 米Ag制备MXene/10Ag复合材料具有优异的长循 环寿命。在锂离子电池测试中,1 c循环800周的 稳定容量为310 mAh/g,接近单层Ti,c:的理论容 量。50 c高循环倍率在5 000周循环后的稳定容量 为150 mAh/g,作为对比,Ti C:在10 C条件下循环 500周的稳定可逆容量为34 mAh/g,依然高于商业 石墨 引。较长的循环寿命和稳定性的提高主要是 由于Ag的加入,提高材料的导电性,材料稳定性优 化和较短的离子扩散路径。 3 Ti基MXene超级电容器性能研究现状 二维过渡金属碳化物或氮化物由于其层间可以 容纳极性分子或金属离子,L-l: ̄n Li 、K 和Mg 等 金属离子可以在MXene层间占据MXene表面的电 化学活性位点,并可参与储能 I3 。目前在电容器 Muhammad等 通过物理混合的方式将吡咯 单体进入MXene层间,通过自聚合的方式形成MX- ene—PPy复合材料,聚吡咯的有序生长发生在MX— ene层间,在其二维方向上优先生长,将该复合材料 (其中PPy/Ti,C T 的比例为1:2)用于超级电容器 测试时,在扫描速度为5 mV/s下,最高比容量为 416 F/g,远高于单独的Ti3C2T (238 F/g)。Ling 等 在Tj,C:T 层间嵌入聚乙烯醇(PVA)或者邻苯 二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯(PDDA),均增强MX- ene基复合材料的柔性和强度。MXene/PVA复合 材料具有较高的电导率(2.2×10 S/m),其强度相 对单独的MXene有很大提高。MXene/PVA—KOH 复合材料在2 mV/s的扫描速度下的体积比容量达 到530 F/cm ,相对纯Ti3C2T 容量提升230 F/cm 。 Lukatskaya等 在Ti3C2T 层间聚合聚苯乙烯(Ps) 微球,然后在惰性气氛下高温去除PS微球,获得具 有更大比表面积的Ti,C 。在10 V/s的扫描速度 下,比电容为210 F/g,40 v/s时比电容仍能达到 100 F/g,远超过目前所报道的碳材料 J。在高扫 速下仍保持较高的比电容是由于Ti C T 片层能够 与电解液进行充分接触,且选择3 mol/L的H:sO 作为电解液,有效提高导电率,并提供足够的H 参 与氧化还原反应。Yan等 先在还原氧化石墨烯 表面负载邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯(PD— DA),获得表面带有正电荷的G—PDDA,与表面具 有负电荷的Ti,C:T 因静电作用实现静电自组装, 得到MXene/rGO复合材料。rGO的添加量为5%时 的M/G一5%薄膜作为电极材料时,具有较好的导 电性,而且在2mV/s扫描速度下,体积比电容为 1 040 F/cm ,在1 V/s时,容量仍保持61%。 Lu等 将Ti c 水热处理后,在其表面生长 一部分的TiO ,然后与苯胺溶液混合,以过硫酸铵 作为氧化剂,化学氧化聚合得到PANI@TiO / Ti,c T 复合材料。聚苯胺的添加有效提高了复合 材料的比电容,扫描速度为10 mV/s时,获得的比电 河南化工 HENAN CHEMICAL INDUSTRY 2018年第35卷 容为188.3F/g,比TiO2/Ti3C2T 高两倍左右。1A/g 的电流密度下循环8 000周仍保持首周比电容的 94%,电容器循环性能得到明显改善。电化学性能 优化归因于三者复合的杂化结构以及聚苯胺与 TiO:/Ti3C2Tx之间的协同作用。Zheng等 将 SnCl 水溶液与Ti,C:混合后900 W微波照射2 h, 使SnO2负载到Ti3c2上获得SnO2一Ti3C2复合材 料。电化学测试结果显示1 A/g时SnO 一Ti C:的 电容为125.6F/g,几乎是原始Ti3c2的两倍,10A/g 时的电容为100.2F/g,3A/g电流密度下经过 8 000次充放电循环后SnO 一Ti,C 电极的比电容 保持82%。电化学性能增强主要归因于SnO,颗粒 的引人有效防止Ti C 的堆叠和sn¨插层后Ti C 纳米片之间的距离的增加。Rakhi等 首次在MX. ene纳米片表面直接化学合成 一MnO 纳米晶须制 备占一MnO2/Ti2CTx和 一MnO2/Ti3C,T ( 一MnO2 与MXene质量比为1:1)纳米复合电极。在1O mV/s的扫描速度下,Ti2CT Ti3C2T —MnO2/ Ti2CT 、 一MnO2/Ti3C2T 的比电容分别是32.4、 77.5、106.2、210.9 F/g,与纯MXene基对称超级电 容器相比,占一MnO 纳米晶须具有较高的电化学活 性,增加了复合电极表面积并提高了比电容。 一 MnO /MXene超级电容器在10 000次循环后保留 约88%的初始比电容,其远高于纯 一MnO 基超级 电容器(约74%),表现出优异的循环稳定性。优异 的电化学性能主要是由于MnO 的高比电容和 MXenes改善了复合材料的电导率和循环稳定性。 Xia等 将七钼酸铵与Ti,c T 混合后采用水热法 制备颗粒状MoO,/Ti,c T 复合材料(七钼酸铵与 Tj c T 质量比为3:15)。循环伏安测试表明, MoO,/Ti C 复合材料在扫描速率2 mV/s时的最 大比电容为151 F/g,高于纯Ti3C2T (103 F/g)。此 外,该复合材料具有出色的循环稳定性,在1 A/g时 8 000次循环后具有93.7%的比电容保持率。MX— ene表面MoO,的引入改善了电极与电解质之间的 接触面积,缩短了离子迁移和嵌入的路径。 Wang等 通过在二甲基亚砜插层制备的 Ti。c 薄层基底上,原位生长镍铝层状双氢氧化物 (LDH)制备作为超级电容器电极的MXene/LDH复 合材料。MXene/LDH复合材料在1 A/g的电流密 度下具有1 061 F/g的高比电容,4 A/g的电流密度 下4 000次循环测试后的容量保持率70%,10 A/g 时电容保持为556 F/g,具有良好的倍率性能。在 MXene片表面均匀生长的LDH构成三维多孔结构, 不仅导致LDH高活性部位暴露,并且易于液体电解 质穿透,而且缓解在充放电过程中LDH的体积变 化,同时MXene基底形成导电网络可以促进活性材 料的电子传输。 4结论 综上所述、国内外学者对Ti基MXene的制备 方法、理论基础以及在锂离子电池和超级电容器方 面的应用,进行了大量的研究。通过插层处理增加 MXene的储锂空间,与电解液的接触面积;与高分 子材料、金属氧化物等材料进行复合,防止MXene 片层之间的堆叠,均使电化学性能得到改善。但合 适的插层剂,操作简便的插层方法,可控的片层面积 及层间距,提高单片层MXene的制备率的实验方法 仍是研究者需要解决的难题。采用复合的方法对于 提高Ti基MXene电化学性能效果明显,对其他MX. ene电化学性能改善具有一定的指导意义,制备可 行的性能优良的电子储能器件还需要进行大量研 究。 参考文献: [1]POIZOT P,LARUELLE S,GRUGEON S,et a1.Nano~ sized transition——metal oxides as negative—·electrode ma·· terilas for lithium—ion batteries[J].Cheminform,2001, 32(3):496—499. [2]YOO E J,KIM J,HOSONO E,et a1.Large reversible li storage of graphene nanosheet families for use in recharge— able lithium ion batteries[J].Nano Letters,2008,8(8): 2277—2282. [3] ZHANG C,wu H B,GUO Z,et a1.Facile synthesis of carbon—coated MoS2 nanorods with enhanced lithium storage properties[J].Electrochemistry Communications, 2012,20(20):7—10. [4]GOODENOUGH J B,KIM Y.Challenges for erchargeable Libatteries[J].ChemistryofMaterilas,2014,22(3): 587—603. [5]TARASCON J M.Key challenges in future Li—battery re— search[J].Philosophical Transactions,2010,368 (1923):3227. [6]VIVEKCHAND S R C,ROUT C S,SUBRAHMANYAM K S,et a1.Graphene—based electrochemical supereapaeitors [J].Journal of Chemical Sciences,2008,120(1):9— 13. [7] SIMON P,GOGOTSI Y.Materilas ofr electrochemical ca— paeitors[J].Nature Materials,2008,7(11):845. 第4期 丁洁等:二维层状Ti基MXene的电化学性能研究进展 ·13· [8] CHANG J K,TSAI W T.Material characterization and electrochemical performance of hydrous manganese oxide electrodes for use in electrochemical pseudocapacitors metla carbides and carbonitrides“MXenes”『J].Dalton Transactions,2015,44(20):9353. [20]TANG Q,ZHOU Z,HEN P,et a1.Are MXenes promising anode materials for Li ion batteries?Computational stud— ies on electonirc properties and Li storage capability of [J].Historia Mathematica,2003,24(3):301—331. [9]ZHANG X Y,HAN L Q,SUN s,et a1.MnO2/C composite electrodes free of conductive enhancer for supercapacitors Ti3C2 and Ti3C2X2(X=F,OH)monolayer[J].Journal of the American Chemical Society,2012,134(40): 16909. [J].Journal of Alloys&Compounds,2015,653:539— 545. [10]XU J M,MA K Y,CHENG J P,et 1.Coantrollable in situ [21] NAGUIB M,COME J,DYATKIN B,et a1.MXene:a [11][12][13] ENYASHI[14]ANASORI[15] GHI[16][17] MASHTALIR O,NAGUI[18] MASHTALI[19] NAGUIsynthesis of Ni(OH)2 and NiO films on nickel foam as promising transition metal carbide anode for lithium— additive—free electrodes for electrochemical capacitors ion batteries[J].Electrcohemistry Communications, [J].Journal of Alloys&Compounds,2015,653:88— 2012,16(1):61—64. 94. 【22]COME J,NAGUIB M,ROZIER P,et a1.A non—aqueous NAGUIB M,KURTOGLU M,PRESSER V,et a1.Two— asymmetric cell with a Ti2 C—based two—dimensional dimensional nanocrystals produced by exfoliation of negative electorde[J].Journal of the Electrochemical Ti3AIC2[J].Advanced Materilas,2011,23(37):4248— Society,2012,159(8):A1368一A1373. 4253. [23]WANG X L,AN K,CAI L,et a1.Visualizing the chemis- NAGUIB M,MOCHALIN V N,BARSOUM M W,et a1. try and structure dynamics in lithium—ion batteries by 25 tll anniversary article:MXenes:a new family of two in—situ neutron difraction[J].Scientiifc Reports, —dimensional materilas[J].Advanced Materilas,2014, 2012,2(10):747. 26(7):992—1005. [24]NAKAHARA K,NAKAJIMA R,MATSUSHIMA T,et 1a. N A N,IVANOVSKII A L.Atomic structure, Preparation of particulate Li4Ti5 Ol2,having excellent comparative stbaility and electornic properties of hydrox— characteristics as an electrode active materila for power ylated Ti2 C and Ti3 C2 nanotubes[J].Computational& storage cells[J].Journal of Power Sources,2003,117 Theoretical Chemistry,2012,989(6):27—32. (1):131—136. B,LUKATSKAYA M R,GOGOTSI Y,et a1. [25]DU F,TANG H,PAN L,et a1.Environmentla firendly 2D metla carbides and nitrides(MXenes)for energy scalable production of colloidal 2D titanium carbonitride storage[J].Nature Reviews Materilas,2017,2(2): MXene with minimized nanosheets restacking for excel— 16o98. lent cycle life lithium—Ion batteries[J].Electrochimica DIU M,LUKATSKAYA M R,ZHAO M Q,et a1. Acta,2017,235:690—699. Conductive two—dimensional titanium carbide‘clay’ [26]LIU Y,WANG W,YING Y,et a1.Binder—free layered with high volumetirc capacitance[J].Nature,2014,5 16 Ti3 C2/CNTs nanocomposite anodes with enhanced ca- (7529):78. pacity and long——cycle life for lithium—-ion batteries HALIM J,LUKATSKAYA M R,COOK K M,et a1. [J].Dalton Trans,2015,44(16):7123—6. Transparent conductive two—dimensional titanium car- [27]REN C E,ZHAO M,MAKARYAN T,et 1a.Porous two— bide epitaxial thin films[J].Chemistyr of Materilas A dimensional transition metla carbide(MXene)flakes ofr Publication of the American Chemical Society,2014,26 high—performance Li—ion storage[J].Chemelectro- (7):2374. chem,2016,3(5):689—693. B M,MOCHAHN V N,et a1. [28]ZHANG H,DONG H,ZHANG X,et 1a.Cu2O Hybridized Intercalation and delamination of layered carbides and ittnaium carbide with open conductive frameworks for carbonitrides[J].Nature Communications,2013,4(2): lithium—ion batteries[J].Electrochimica Acta,2016, l7l6. 202:24—31. R O.Chemistry of two—dimensional trnasi- [29]AHMEB B,ANJUM D H,GOGOTSI Y,et a1.Atomic lay— tion metal carbides(MXenes)[J].Dissertations&The- er deposition of SnO2 on MXene for Li—ion battery an— ses—Gradworks,2015. does[J].Nano Eneryg,2017,34:249—256. B M,UNOCIC R R,ARMSTRONG B L,et a1. [30] AHMEB B,ANJUM D H,HEDHILI M N,et a1.H2O2 as Large——scale delamination of multi——layers transition sisted room temperature oxidation 0f Ti C MXene for Li— ·l4· 河南化工 HENAN CHEMICAL INDUSTRY 2018年第35卷 ionbatteryanodes[J].Nanoscale,201 6,8(1 4): 7580—7587. Sciences of the United States of America,2014,1 1 l (47):16676—16681. [31] CHEN C,BOOTA M,XIE X,et a1.Charge transfer in- duced polymerization of EDOT confined between 2D ti- [39] LUKATSKAYA M R,KOTA S,LIN Z,et a1.Ultra—high ——rate pseudocapacitive enery storage in tgwo——dimen- tanium carbide layers[J].Journal of Materials Chemis— try A,2017,5(11). a1.Synthesis of MXene/ [32] ZOU G,ZHANG Z,GUO J,etAg composites for extraordinary long cycle lifetime lithi- sional transition metla carbides[J].Nature Enery,g 2017,6:17105. [40] PECH D,BRUNET M,DUROU H,et a1.Uhrahigh— power micrometre--sized supercapacitors based on on·· um storage at high rates[J].Acs Applied Materilas& Interfaces,2016,8(34):22280—22286. a1. [33] LUKATSKAYA M R,MASHTALIR O,REN C E,etion—like carbon[J].Nature Nanotechnology,2010,5 (9):651—654. K,et a1.Flexible MXene/ [41] YAN J,REN C E,MALESKlgraphene films for uhrafast supercapaeitors with out- Cation intercalation and hi【gll volumetirc capacitance of wo—ditmensional titanium carbide[J].Science,2013, 341(6153):1502—15o5. 1.Con— [34] COME J,BLACK J M,LUKATSKAYA M R,et atrolling the actuation properties of MXene paper elec- standing volumetirc capacitance[J].Advanced Function- l Mataerials,2017,27:1701264. a1.Hierarchical architecture of [42] LU X,ZHU J,WU W,etPANI@TiO2/Ti3C2 ternary composite electrode for todesr upon cation intercalation[J].Nano Energy,2015, 17:27—35. enhanced electrochemical pefrormance[J].Electochirmi— ca Acta,2017,228:282—289. [35] LEVI M D,LUKATSKAYA M R,SIGALOV S,et a1.Sol·ving the capacitive paradox of 2D MXene using electro- [43] ZHENG W,ZHANG P,TIAN W,et a1.Microwave—as— sisted synthesis of SnO2一Ti3 C2 nanocomposite for en- chemical quartz—-crystl admitatance and in situ electron·· hanced supercapacitive performance[J].Materilas Let· ters,2017,209:122—125. ic conductance measurements[J].Advanced Energy Ma— terilas,2015,5(1). 1.Towards ultrahigh volumet- [36] TAO Y,XIE X,LV W,et a R B,AHMED B,ANJUM D H,et a1.Direct [44] RAKHIchemical synthesis of MnO2 nanowhiskers on MXene irc capacitance:graphene derived highly dense but por— surfaces for supereapacitor applications[J].Acs Ap- plied Materilas&Interfaces,2016,8(29):18806. a1.Synthesis of a MoO3/ [45] ZHU J,LU X,WANG L,etTi3 C2T composite with enhanced capacitive perform— OUS carbons for supercapaeitors[J].Scientiifc Repots, 2013,3(7471):2975. — [37] BOOTA M,ANASORI B,VOIGT C,et a1.Pseudocapacitive electrodes produced by oxidant—free polymerization of pyrmle between the layers of 2D titanium carbide ntea for supercapacitors[J].Rsc Advances,2016(6): 98506—98513. (MXene)[J].Advanced Materils,a2016,28(7):1517. [38] LING Z,REN C E,ZHAO M Q,et a1.Flexible and con· ducfive MXene films and nanocomposites with hiish ca- a1.Three—dimensional [46] WANG Y,DOU H,WANG J,etorous MXene/layered double hydroxipde composite f0 high performance supercapacitors[J].Journal of Power Sources。2016。327:221—228. paeitance[J].Proceedings of the National Academy of