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            徐斌教授团队在《Energy Storage Materials》上发表研究论文

            发文时间:2020-04-30

            近日,材料学院徐斌教授团队在《Energy Storage Materials》(CiteScore=15.09)上发表了题为“3D carbon-coated MXene architectures with high and ultrafast lithium/sodium-ion storage”的学术论文,报道了一种具有三维结构的聚多巴胺衍生炭层包覆MXene材料,用作锂/钠离子电池负极材料,具有高的比容量、稳定的循环性能和优异的倍率性能。

            MXene是一种新型二维层状过渡金属碳化物/氮化物,具有类金属的导电性、优异的亲水性、丰富的表面官能团和赝电容特性,在电化学储能领域的应用引起了研究者们的广泛兴趣。然而,由于层间范德华力使得MXene的片层易于发生堆叠,阻碍了表面活性位点的有效利用和离子的快速输运,从而影响了其比容量和倍率性能。此外,MXene材料容易发生氧化,这也是限制其实际应用的重要因素。

            将二维MXene纳米片构筑成为三维结构,可以抑制MXene片层间的堆叠,提高MXene表面活性位点的利用率,进而提高MXene的电化学性能。该文利用盐酸多巴胺的自聚合反应在MXene表面包覆了聚多巴胺层,随后通过高温处理使聚多巴胺碳化,构筑了炭包覆MXene的三维结构(T-MXene@C)。通过在MXene表面包覆炭层,不仅提高了MXene在高温下的抗氧化能力,而且三维结构的构筑使MXene的比表面积和孔容显著提高,有利于电解液的渗透和表面活性位点的暴露,使其表现出了高的储锂/钠容量和优异的倍率性能。作为锂离子电池负极材料,T-MXene@C0.2 C下循环200圈后比容量高达499.4 mAh g-1,在100 C的大倍率下仍保持有102.2 mAh g-1的比容量。作为钠离子电池负极材料,T-MXene@C50 mA g-1的电流密度下循环200圈后的比容量高达257.6 mAh g-1,在1 A g-1下循环3000圈后比容量仍保持139.5 mAh g-1,容量保持率达到91.7%,平均每圈的容量衰减仅为0.00277%,表明T-MXene@C在长时间的充放电过程中可以保持结构的稳定。得益于优异的导电性和发达的三维结构,T-MXene@C也表现出优异的倍率性能。聚多巴胺衍生炭包覆提供了一种构筑三维MXene材料的新思路,这种方法也可扩展至其他种类MXene的三维结构构筑,并可广泛应用于储能、传感、催化和膜分离等领域。

            本文第一作者为我校材料学院博士生张鹏,徐斌教授为本文的通讯作者,北京化工大学为完成单位。本研究工作得到了国家重点研发计划项目和国家自然科学基金项目的资助。

            文章信息:Peng Zhang, Razium Ali Soomro, Zhaoruxin Guan, Ning Sun, Bin Xu*, 3D carbon-coated MXene architectures with high and ultrafast lithium/sodium-ion storage. Energy Storage Mater., 2020, 29:163-171.

            全文链接:https://doi.org/10.1016/j.ensm.2020.04.016

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