大连化物所二维金属碳化物基储能材料研究取得新进展

  作为国家在科学技术方面的最高学术机构和全国自然科学与高新技术的综合研究与发展中心,建院以来,中国科学院时刻牢记使命,与科学共进,与祖国同行,以国家富强、人民幸福为己任,人才辈出,硕果累累,为我国科技进步、经济社会发展和国家安全做出了不可替代的重要贡献。/ 更多简介 +

  中国科学技术大学(简称“中科大”)于1958年由中国科学院创建于北京,1970年学校迁至安徽省合肥市。中科大坚持“全院办校、所系结合”的办学方针,是一所以前沿科学和高新技术为主、兼有特色管理与人文学科的研究型大学。

  中国科学院大学(简称“国科大”)始建于1978年,其前身为中国科学院研究生院,2012年更名为中国科学院大学。国科大实行“科教融合”的办学体制,与中国科学院直属研究机构在管理体制、师资队伍、培养体系、科研工作等方面共有、共治、共享、共赢,是一所以研究生教育为主的独具特色的研究型大学。

  上海科技大学(简称“上科大”),由上海市人民政府与中国科学院共同举办、共同建设,2013年经教育部正式批准。上科大秉持“服务国家发展战略,培养创新创业人才”的办学方针,实现科技与教育、科教与产业、科教与创业的融合,是一所小规模、高水平、国际化的研究型、创新型大学。

  近日,中国科学院大连化学物理研究所二维材料与能源器件研究组研究员吴忠帅团队通过在KOH溶液中震荡处理二维金属碳化物纳米片(MXene),成功制备了层间距扩大的碱化MXene纳米带,并发现其具有优异的储钠和储钾性能。相关研究成果发表在《纳米能源》(Nano Energy)杂志上(DOI: 10.1016/j.nanoen.2017.08.002)。

  MXene是一类新型二维金属碳(氮)化物纳米片,常见的Ti3C2MXene片已被证实是一种先进储能电极材料,但传统由氢氟酸刻蚀制备的MXene材料存在层数堆叠严重、层间距较小,作为电极材料时比容量较低且循环性能差等问题。因此,急需开发结构和性能稳定的MXene基新型储能材料。

  该研究团队发展了一种KOH溶液震荡处理Ti3C2MXene的新策略,一步法实现了碱化Ti3C2MXene纳米带(a-Ti3C2MNRs)的制备,a-Ti3C2MNRs具有较大的层间距(12.5Å)、窄的宽度(6-22nm)、超薄厚度以及开放的网络结构,具有发达的离子和电子快速传输通道,显著提高了电极结构的稳定性。研究发现,a-Ti3C2MNRs可用作高容量钠离子电池(SIBs)和钾离子电池(PIBs)负极材料,在电流密度为20mA/g时,SIBs和PIBs的可逆容量分别为168mAh/g和136mAh/g;当电流密度增大至200mA/g时,可逆容量分别为84mAh/g和78mAh/g;同时,SIBs和PIBs都表现出良好循环稳定性,在200mA/g的高电流密度下循环500次后,可逆容量仍可分别保持在50mAh/g和42mAh/g,优于大多数已报道的MXene基电极材料。该方法有望推广至其它三维MXene新型结构的构建中,并拓宽MXene类材料的应用范围。

  上述工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家青年千人计划、辽宁省自然科学基金、中国博士后基金等项目的资助。

  近日,中国科学院大连化学物理研究所二维材料与能源器件研究组研究员吴忠帅团队通过在KOH溶液中震荡处理二维金属碳化物纳米片(MXene),成功制备了层间距扩大的碱化MXene纳米带,并发现其具有优异的储钠和储钾性能。相关研究成果发表在《纳米能源》(Nano Energy)杂志上(DOI: 10.1016/j.nanoen.2017.08.002)。

  MXene是一类新型二维金属碳(氮)化物纳米片,常见的Ti3C2 MXene片已被证实是一种先进储能电极材料,但传统由氢氟酸刻蚀制备的MXene材料存在层数堆叠严重、层间距较小,作为电极材料时比容量较低且循环性能差等问题。因此,急需开发结构和性能稳定的MXene基新型储能材料。

  该研究团队发展了一种KOH溶液震荡处理Ti3C2 MXene的新策略,一步法实现了碱化Ti3C2 MXene纳米带(a-Ti3C2 MNRs)的制备,a-Ti3C2 MNRs具有较大的层间距(12.5Å)、窄的宽度(6-22nm)、超薄厚度以及开放的网络结构,具有发达的离子和电子快速传输通道,显著提高了电极结构的稳定性。研究发现,a-Ti3C2 MNRs可用作高容量钠离子电池(SIBs)和钾离子电池(PIBs)负极材料,在电流密度为20mA/g时,SIBs和PIBs的可逆容量分别为168mAh/g和136mAh/g;当电流密度增大至200mA/g时,可逆容量分别为84mAh/g和78mAh/g;同时,SIBs和PIBs都表现出良好循环稳定性,在200mA/g的高电流密度下循环500次后,可逆容量仍可分别保持在50mAh/g和42mAh/g,优于大多数已报道的MXene基电极材料。该方法有望推广至其它三维MXene新型结构的构建中,并拓宽MXene类材料的应用范围。

  上述工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家青年千人计划、辽宁省自然科学基金、中国博士后基金等项目的资助。


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