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楊樹斌/杜志國AEM:可控蝕刻Ti3SiC2生產用于超穩定鋅離子電池的富氟疏水二維碳化鈦

楊樹斌/杜志國AEM:可控蝕刻Ti3SiC2生產用于超穩定鋅離子電池的富氟疏水二維碳化鈦
MXene主要通過在含F水溶液中選擇性蝕刻MAX相來生產,由于其豐富的-O和-OH末端,通常表現出高度親水特性。然而,MXene的親水性可能會降低其在潮濕和水環境中使用時的耐用性和穩定性。
楊樹斌/杜志國AEM:可控蝕刻Ti3SiC2生產用于超穩定鋅離子電池的富氟疏水二維碳化鈦
在此,北京航空航天大學楊樹斌教授&杜志國副教授團隊展示了一種新的蝕刻方法,通過在六氟化硫(SF6)氣體中選擇性蝕刻Ti3SiC2中的Si來生產富氟MXene Ti3C2Fx
在蝕刻過程中,SF6能夠選擇性去除Si物質,形成揮發性SiF4并與Ti3C2板的暴露表面有效反應,得到Ti3C2Fx?MXene,其-F末端分數高達87 at.%,并且具有良好的疏水性。
楊樹斌/杜志國AEM:可控蝕刻Ti3SiC2生產用于超穩定鋅離子電池的富氟疏水二維碳化鈦
圖1. Ti3SiC2、Ti3C2Tx、Ti3C2Fx的結構表征
總之,該工作展示了一種SF6氣體蝕刻方法,可在高溫下從Ti3SiC2中可控地去除Si,合成富氟MXene Ti3C2Fx。在蝕刻過程中,SF6氣體可以選擇性地蝕刻Si物質,形成揮發性SiF4。隨后的表面功能化后,得到了富氟Ti3C2Fx?MXene,其-F端基含量高達87 at.%,具有高度疏水性。
所得Ti3C2Fx?MXene可以有效抑制水引起的副反應并降低Zn成核能壘,在對稱電池中提供1200小時的長循環壽命和高達6.4 mA cm-2的優異倍率性能。
與NiHCF正極相結合,使用Ti3C2Fx/Zn負極的全電池表現出穩定且長的循環壽命。因此,基于新興MAX相系列的可控蝕刻方法將進一步擴展,以生產各種具有定制表面官能團的MXene,有望在電子、儲能和電催化領域得到應用。
楊樹斌/杜志國AEM:可控蝕刻Ti3SiC2生產用于超穩定鋅離子電池的富氟疏水二維碳化鈦
圖2. 電化學性能
Controllable Etching of Ti3SiC2 to Produce Fluorine-Enriched, Hydrophobic 2D Titanium Carbide for Ultrastable Zinc Ion Batteries,?Advanced Energy Materials?2023 DOI: 10.1002/aenm.202300890

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