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二維過渡金屬碳化物和/或氮化物，即所謂的MXene，已被認為是理想的快充陽離子嵌入電極材料，但其比容量有限。

德累斯頓工業大學馮新亮院士等證明構建具有氧化還原活性的類偏磷酸鹽PO₂末端是一種有吸引力的策略，可以顯著提高Nb₄C₃ MXene的Na⁺存儲能力。

在這里，通過對由Nb₄C₃T_x MXene和黑磷(BP)組成的混合膜進行退火，通過靶向末端轉換方法構建具有類偏磷酸鹽末端的Nb₄C₃MXene（PO₂-Nb₄C₃）。與傳統的O端 Nb₄C₃（O-Nb₄C₃，96.5 mAh g^-1）相比，PO₂-Nb₄C₃顯示出兩倍的Na⁺存儲容量（221.0 mAh g^-1），超過了大多數報道的用于Na⁺存儲的MXenes，這歸因于PO₂末端引起的Nb的額外氧化還原位點和增強的氧化還原深度。

此外，令人印象深刻的是，PO₂-Nb₄C₃的高比容量并沒有犧牲快速充電能力，這可以歸因于四倍富集的載流子密度、增加的電導率（在300 K時增加了12.3 倍）和不衰減的 Na⁺擴散能力。PO₂-Nb₄C₃電極在充電時間分別為4.9分鐘和20.4秒時即可達到容量的80%和51%。

圖1 Na⁺儲存能力

此外，PO₂-末端被證明可以在Na⁺嵌入/脫嵌過程中緩沖Nb₄C₃的內應力，從而有助于提高循環壽命（600次循環后容量不衰減）。與N摻雜的分級多孔碳(NHPC)正極配對后，PO₂-Nb₄C₃電極可進一步用于組裝鈉離子電容器器件，其實現了55 Wh L^-1的最大能量密度以及9765 WL^–1的超級電容器級功率密度。

這項研究揭示了MXene末端的分子級設計為同時開發高容量和快速充電電極提供了機會，從而緩解了儲能設備典型的能量-功率權衡。

圖2 PO₂-Nb₄C₃電極的快速充電能力

Redox-Active Metaphosphate-like Terminals Enable High-Capacity MXene Anodes for Ultrafast Na-ion Storage. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202108682

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馮新亮院士AM：末端改變實現用于超快鈉離子存儲的高容量MXene負極！

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