双过渡金属 MXene (TixTa4?xC3) 2D 材料作为锂离子电池的负极 _电化学

文章图片

文章图片

纳米技术研究中心，韦洛尔理工学院，韦洛尔，泰米尔纳德邦， 632 014 ，印度
沙特国王大学阿卜杜拉国王纳米技术研究所， P.O. Box2455利雅得 11451沙特阿拉伯
首次通过从母体TixTa(4-x)AlC3 MAX相中蚀刻Al原子，成功制备了双金属钛-碳化钽MXene ， TixTa(4-x)C3 。 X射线衍射仪和拉曼光谱分析证明了从MAX相到层状MXene排列的结晶相演变。此外， X射线光电子能谱(XPS)研究证实，在氢氟酸(HF)蚀刻过程以及Ti和Ta的部分氧化后，合成的MXene不含Al 。此外， FE-SEM和TEM表征证明了TixTa(4?x)C3 MXene在其相应的MAX TixTa(4?x)AlC3相中的Al原子之后定制的剥离过程，通过扩展的中间层d促进其结构分层-间距，可以实现有效的可逆锂离子存储。层状TixTa(4?x)C3 MXene在0.5 °C的应用C速率下表现出459 mAhg-1的可逆比放电容量，在200次循环中容量保持率为97% 。优异的电化学氧化还原性能归因于稳定、有前途的双金属MXene材料的形成，该材料将锂离子存储在其层的表面上。此外，由于其良好的电子和锂离子传输， TixTa(4?x)C3MXene负极表现出高倍率性能，这表明它是一种很有前途的锂离子负极材料。
材料表征
使用以布拉格-布伦塔诺几何结构操作的布鲁克D8 XRD获得X射线衍射图，具有固定狭缝（在室温下）。使用具有532 nm绿色激光的拉曼光谱仪(HoribaScientific)记录振动模式。形态象形图分别使用supra-55 FE-SEM (Carl Zeiss)和G2-20 TWIN TEM (FEI-TECNAI)记录。在200 kV加速电压下记录高分辨率TEM图像，并与Gatan Orius CCD相机集成。使用MultiLab 2000 XPS光谱仪(Thermo Scientific)分析元素组成。所有元素光谱均参考了碳(C1s-284.6 eV) 。使用TA InstrumentsSDTQ600进行热重分析。
电化学评价
根据我们之前的报告66061 ，使用恒电位循环伏安法和恒电流充放电循环分析了双金属TixTa(4?x)C3 MXene纳米粒子作为锂离子主体材料的电化学性能。首先，将TixTa(4?x)C3 MXene粉末与导电添加剂（超级P碳）和粘合剂（PVDF）以80:10:10的质量比在溶剂（NMP）中混合。将所得负极浆料均匀地涂覆在铜箔上并在真空中在80℃下干燥24小时。将所得的负极薄膜冲孔（直径12 mm）。电化学测试是使用硬币型电池2032进行的电解质（EC：DEC—1:1）。
结果与讨论
MXene化合物传统上是通过三步工艺制备的。首先，进行球磨以有效地混合所有组分。然后，进行高温热压处理以获得均质的MAX相。最后，使用氢氟酸进行蚀刻工艺以去除MAX相的“A”成分，从而得到层状材料MXene 。然而，双金属TixTa(4?x)C3 MXene的制备涉及一个额外的初始步骤，包括通过球磨形成TiTa合金，如图1a所示。双金属TixTa(4?x)C3 MXene用作半电池中工作电极的活性材料（图1b），其开路电压(OCV)?>?3.0 V vs. Li/Li+休息24小时后（图1c），这证明了它作为负极电极打开白色LED的潜力（图1d）。
图1

(a)制备双金属TixTa(4?x)C3 MXene的方法示意图， (b) MXene工作电极及其各自的纽扣电池；使用我们的MXene半电池测试(c)开路电压和(d) LED发射白光。
图2显示了合金钛和钽(TiTa)的XRD图谱，发现它们处于与JCPDS卡号00-044-1294匹配的六方相中。 TiTa合金的XRD图案是窄的/尖锐的确认微米尺寸的颗粒。体系中的主要峰是马氏体α” ，次要峰是β（奥氏体相， JCPDS卡号00-044-1288），其中α”与粒径成反比， β与粒径成正比，即具有较小的颗粒尺寸， XRD图案将具有主要的马氏体α\"峰和次要的β峰62 。在我们的例子中，合金化的TiTa也有一个主要的α” 。 TixTa(4?x)AlC3MAX相的粉末XRD图如图3所示。合成样品的XRD峰主要归因于具有少量AlTa3、Ta2O和TiO2痕量的钽-钛碳化铝。获得的XRD图案与早期报道的碳化钽铝(ICSD-156383)2732相匹配。由于双有序金属原子，还观察到2θ的变化。合成的样品处于六方晶体系统中，这也可以在从TEM分析中获得的SAED图案中看到，如图S3所示。此外，通过将Ti与Ta合金化，元素Ti的熔点低于Ta ，但由于颗粒为微米尺寸，因此可以将它们烧结在一起。在较低温度的情况下，材料中会出现富含Ti和Ta的区域，但由于MAX相需要1500 °C的高温，在这种情况下，由于柯肯达尔效应， Ti和Ta原子会在其相间发生相互扩散6364 .由于Ti和Ta扩散系数之间存在差异，原子从界面的一侧到另一侧的传输不正确，导致部分扩散并在区域中形成空位或孔隙缺陷，其中原子搬出去64 。因此， MXene相的XRD峰与其母体MAX相比有所下降，这是由于HF蚀刻后C晶格参数的增加32、39、65 。由于样品的非标准取向（垂直取向假设基于Ghidiu等人66的实验数据），在MXene相的情况下， 5°和25°之间的微小反射消失了。此外，由于AlTa3和Ta2O在蚀刻和清洗过程中被去除，因此没有观察到污染峰66 。

双过渡金属 MXene (TixTa4?xC3) 2D 材料作为锂离子电池的负极

推荐阅读

如何找寻自我

缝纫机调线器怎么安装平车方法如何

强组词强字组词

火笋鸡翅的做法（增肥食谱）

闺女生日快乐祝福语朋友圈

LV请来潮牌设计师做艺术总监，看中的是啥

老虎豆怎么做好吃老虎豆图片怎样弄来吃

暖气有流水声是什么原因

皮球是什么体

手机怎样开通QQ空间

男生发mua说明 mua是什么意思

手指盖凹陷怎么回事

对自己的生活失去掌控咋调整

小米10s怎么没有月亮模式

我想找个偏僻的地方搞养殖！有没有推荐的地方？

南京养老金认证上门服务怎么申请南京市养老金认证

如何评价猪场阉割猪？

最后一个字是豹的成语

泰山散酒怎么样

猫发情的声音(猫发情的叫声)