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“MXene鼻祖”Yury Gogotsi教授,最新AFM:一文讀懂,科學(xué)篩選用于吸附多硫化物的MXenes!

“MXene鼻祖”Yury Gogotsi教授,最新AFM:一文讀懂,科學(xué)篩選用于吸附多硫化物的MXenes!

第一作者:Geetha Valurouthu
通訊作者:Yury Gogotsi,Il-Kwon Oh
通訊單位:德雷克塞爾大學(xué),韓國科學(xué)技術(shù)院(KAIST)
論文速覽
MXenes是一種有前途的無源組件,可通過有效捕獲多硫化鋰(LiPSs)并促進表面介導(dǎo)的氧化還原反應(yīng)來實現(xiàn)鋰硫電池(LSB)。盡管大量研究強調(diào)了MXenes在LSB中的潛力,但沒有關(guān)于MXenes的組成對多硫化物吸附的影響的系統(tǒng)研究,而多硫化物吸附是MXenes在LSB中應(yīng)用的基礎(chǔ)。
本研究系統(tǒng)地探討了七種不同化學(xué)組成的MXenes(Ti2CTx、Ti3C2Tx、Ti3CNTx、Mo2TiC2Tx、V2CTx、Nb2CTx和Nb4C3Tx)對多硫化(LiPSs)的吸附行為。
本研究利用光學(xué)和光譜分析方法,報告了多硫化物濃度、作用時間以及MXenes的化學(xué)組成(過渡金屬層、碳化物和碳氮化物內(nèi)層、表面終止和結(jié)構(gòu))對吸附LiPSs量和吸附機制的影響。研究發(fā)現(xiàn)所有測試的MXenes表面形成了不溶性的硫代硫酸鹽和多硫代硫酸鹽復(fù)合物。
此外,鋰和硫的選擇性吸附以及吸附物種在MXenes上的轉(zhuǎn)化程度因其化學(xué)組成而異。例如,Ti2CTx表現(xiàn)出強烈的吸附鋰離子的傾向,而Mo2TiC2Tx則通過形成長鏈多硫代硫酸鹽有效地捕獲硫。這項研究為未來高性能鋰硫電池(LSBs)開發(fā)中MXenes的合理選擇提供了有價值的指導(dǎo)。
圖文導(dǎo)讀
“MXene鼻祖”Yury Gogotsi教授,最新AFM:一文讀懂,科學(xué)篩選用于吸附多硫化物的MXenes!
圖1:MXenes的結(jié)構(gòu)和多硫化物吸附測試示意圖。
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圖2:多硫化物的吸附和光譜分析。
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圖3:多硫化物吸附等溫線和動力學(xué)模型。
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圖4:ICP-OES分析的硫鋰原子比。
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圖5:MXene氣凝膠在多硫化物吸附前后的高分辨率XPS光譜。
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圖6:XPS和FTIR分析吸附后的硫物種和化學(xué)鍵
總結(jié)展望
本研究通過系統(tǒng)地篩選不同化學(xué)組成的MXenes,為鋰硫電池中多硫化的吸附提供了深入的理解。研究結(jié)果表明,MXenes的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)以及表面特性對鋰多硫化物的吸附行為有顯著影響。
特別是,Ti2CTx因其高氧含量表面而表現(xiàn)出較高的鋰離子吸附能力,而Mo2TiC2Tx則通過形成長鏈多硫代硫酸鹽有效地捕獲硫。這些發(fā)現(xiàn)不僅為高性能鋰硫電池的MXenes選擇提供了指導(dǎo),也為MXenes在其他領(lǐng)域的應(yīng)用,如鋰離子的提取和運輸,提供了新的可能性。未來的研究應(yīng)進一步優(yōu)化MXenes的合成方法,以獲得化學(xué)穩(wěn)定、組成可控的MXenes,并利用先進的原位技術(shù)以及密度泛函理論(DFT)計算來深入理解MXenes在抑制多硫化物穿梭效應(yīng)中的作用。
文獻信息
標(biāo)題:Screening Conductive MXenes for Lithium Polysul?de Adsorption
期刊:Advanced Functional Materials
DOI:10.1002/adfm.202404430

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