【成果简介】

  中科院大连化物所吴忠帅研究员带领二维材料与能源器件研究团队发展了一种同时氧化和碱化的新策略，一步法实现了二维金属碳化物纳米片（Ti3C2 MXene）向超薄钛酸钠或钛酸钾纳米带的转变，发现其具有优异的储钠和储钾性能。研究成果以“Ti3C2 MXene-Derived Sodium/Potassium Titanate Nanoribbons for High-Performance Sodium/Potassium Ion Batteries with Enhanced Capacities”为题发表在2017年5月1日的ACS Nano期刊上。

  【图文导读】

  图1 扫描电镜图

 (a,b)为Ti3C2 MXene,（c,d）为M-NTO,（e,f）为M-KTO的扫描电镜图。a,c,e中的插图分别为Ti3C2 MXene粉，M-NTO粉和M-KTO粉的照片。

 (g,h) 分别为M-NTO和M-KTO的元素映射分析。

  图2 XRD，拉曼和XPS的表征结果

  Ti₃C₂ MXene，M-NTO和M-KTO的(a)X射线衍射图谱，(b)拉曼光谱，(c)XPS全谱，(d)C1 XPS谱。  M-NTO和M-KTO的（a）X射线衍射图谱，（b）拉曼光谱，（c）XPS全谱，（d）C1 XPS谱。

  【研究内容】

  是一类新型二维金属碳（氮）化物纳米片，具有优异的电化学性能。一般由三元MAX相经化学刻蚀剥离制得，其中M指过渡族金属（如Ti、V、Nb、Ta等），A指Al、Si等，X指C、N。常见的Ti3C2 MXene表面具有大量的含氧/氟官能团，作为储能电极材料时易产生较大的不可逆容量，导致可逆比容量与库伦效率较低。因此，需要研发结构和性能稳定的MXene基新型电极材料。

  该研究团队通过设计一种同时氧化和碱化的新过程，一步法实现了二维金属碳化物纳米片（MXene）向超薄钛酸钠或钛酸钾纳米带的转变，所制备的纳米带具有较大的层间距（0.90~0.93 nm）、超薄厚度（<11 nm）、较窄宽度（<60 nm）以及开放的大孔结构，有利于充放电过程中电解液离子的快速传输以及结构的稳定。因此，该类钛酸钠纳米带在200 mAg-1电流密度下展现出高达191 mAhg-1的比容量，钛酸钾纳米带具有优异循环稳定性，超过900次的稳定循环且保持较高比容量，明显优于其它的钛基纳米材料。

  据了解，Ti3C2二维纳米片只是60余种MXene家族中的一种，此项研究工作为开发新型MXene衍生功能纳米材料开辟了新的途径。

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