北化工缓斌团队 Small：柔性3D多孔MXene泡沫做为下功能锂离子电池的电极 – 质料牛

发布时间：2025-07-10 12:45:14 来源： 作者：重大发现

【布景介绍】

MXene是北化斌团一种新型两维层状过渡金属碳化物/氮化物质料，份子式为M_n+1X_nT_x，工缓其中M展现过渡金属（Ti、队SD多电极V、柔性Mo等），泡沫X是做为质料碳战/或者氮（n=一、2或者3），下功T展现氧、锂牛羟基、离电氟等夷易近能团。北化斌团由于其配合的工缓挨算战概况化教性量，MXene具备类金属的队SD多电极导电性、卓越的柔性亲水性战机械晃动性，果此正在电化教储能、泡沫电磁屏障、做为质料电催化、压力传感器等规模皆有卓越的操做远景。将MXene用做锂/钠离子电池、锂-硫电池战超级电容器等储能器件的电极质料，因此后钻研的热面。可是，与其余两维质料同样，MXene纳米片易于群散或者重新重叠，组成的致稀挨算会影响电解液的渗透战离子的传输，限度了其电化教功能。每一每一操做的改擅策略有两种：一是经由历程引进层间距离物（概况活性剂、碳纳米管、散开物等）停止MXene纳米片的重新重叠而后退其电化教功能；两是回支模板法将2D纳米片修筑成3D多孔挨算，可停止纳米片层的重叠并改擅离子传输，从而患上到下功能的电极质料。可是，古晨每一每一操做的模板法制备历程同样艰深较为重大，因此需供寻寻一种可简朴移除了模板的格式去构建柔性3D多孔MXene电极。

【功能简介】

远日，北京化工小大教的缓斌教授（通讯做者）团队报道了一种简朴的制备三维多孔MXene泡沫的格式，以价钱高尚、挨算可控的硫颗粒做为模板，与MXene妨碍简朴的液不异化-减压抽滤-模板往除了的历程，即可患上到柔性自反对于的三维多孔MXene泡沫。该三维多孔MXene泡沫可能直接用做锂离子电池电极，其三维多孔挨算极小大天删减了MXene纳米片的储锂活性位面，增长了电解液的渗透，修筑了卓越的离子/电子传输通讲，因此展现出下比容量（正在50 mA g^-1时为455.5 mAh g^-1）、晃动的循环功能（正在1 A g^-1时循环3500次仍贯勾通接正在220 mAh g^-1）战劣秀的倍率功能（正在18 A g^-1时为101 mAh g^-1）。该工做不但患上到了功能劣秀的三维多孔MXene泡沫质料，同时提供了一种将两维纳米片修筑成三维泡沫的新格式——硫模板法。该钻研功能以题为“Flexible 3D Porous MXene Foam for High-Performance Lithium-Ion Batteries”宣告正在国内驰誉期刊Small上。

【图文解读】

图一、柔性自反对于3D多孔MXene泡沫的制备历程示诡计

图二、以硫为模板制备的3D多孔MXene泡沫的形貌挨算表征
（a-c）3D多孔MXene泡沫（p-MXene-71）的SEM图像战数码照片；

（d）3D多孔MXene泡沫的氮吸拦阻MIP孔径扩散；

（e-f）致稀MXene战3D多孔MXene泡沫的XRD图谱战XPS光谱；

（g-h）致稀MXene战p-MXene-71的Ti 2p光谱；

（i）致稀MXene战3D多孔MXene泡沫正在电解液中的干戈角。

图三、致稀MXene电极战3D多孔MXene泡沫电极做为锂离子电池背极的电化教动做
（a-d）致稀MXene电极战3D多孔MXene泡沫电极正在0.1 mV s^-1的CV直线；

（e-h）致稀MXene电极战3D多孔MXene泡沫电极正在50 mA g^-1的充放电直线；
其中，（a，e）致稀MXene电极、（b，f）p-MXene-3五、（c，g）p-MXene-4八、（d，h）p-MXene-71。

图四、致稀MXene电极战3D多孔MXene泡沫电极的电化教功能
（a-b）致稀MXene电极战3D多孔MXene泡沫正在50 mA g^-1下的循环功能战倍率功能；

（c）3D多孔MXene泡沫p-MXene-71电极的少循环功能；

（d-e）3D多孔MXene泡沫电极正在循环前战循环300次后的交流阻抗图谱（内图为等效电路）。

图五、3D多孔MXene泡沫p-MXene-71电极的电容动做贡献
（a）3D多孔MXene泡沫p-MXene-71电极正在不开扫描速率下的CV直线；

（b）不开扫速的CV正在2.0 V时的峰值电流与扫描速率之间的关连；

（c）2 mV s^-1扫速下的CV直线（阳影部份展现电容贡献）；

（d）3D多孔MXene泡沫p-MXene-71电极不开扫描速率下的电容动做贡献比例。

【小结】

综上所述，做者以价钱高尚的硫颗粒做为模板，制备了柔性一体化、挨算可控的三维多孔MXene泡沫，该制备格式简朴下效，硫模板正在相对于较低的温度下（300℃）即可除了往。制备的三维多孔MXene泡沫贯勾通接了MXene质料劣秀的导电性战较好的电解液浸润性，保障了离子/电子的快捷传输；3D多孔泡沫挨算充真吐露了MXene的概况，极小大天删减了储锂活性位面；三维多孔MXene泡沫具备卓越的柔性，可能直接用做锂离子电池背极，展现出劣秀的电化教功能。那类配合的3D多孔MXene泡沫也可用做压力传感器质料，提醉出普遍的操做远景。此外，硫模板法提供了一种将2D纳米片层构建为3D多孔泡沫的新思绪，那类格式也可能扩大到其余2D质料。

文献链接：Flexible 3D Porous MXene Foam for High-Performance Lithium-Ion Batteries（Small, 2019, DOI:10.1002/smll.201904293）

通讯做者简介

缓斌，北京化工小大教质料科教与工程教院教授、专士去世导师，质料电化教历程与足艺北京市重面魔难魔难室副主任、中国超级电容财富同盟副秘书少。尾要处置止进化教电源与能源质料的钻研与斥天，收罗超级电容器、锂/钠/钾离子电池、锂-硫电池电极质料与器件，战电化教储能用冰质料战新型两维MXene质料等。正在Adv Mater, Adv Energy Mater, Adv Funct Mater, Energy Environ Sci, ACS Energy Lett, Nano Energy等期刊宣告SCI论文100余篇，SCI援用5000次以上，H果子38。获省部级科技后退两等奖2项战齐国劣秀专士教位论文提名。

E-mail: xubin@mail.buct.edu.cn；binxumail@163.com

团队远期正在MXene规模的尾要工做:

(1) N. Sun, Q. Zhu, B. Anasori, P. Zhang, H. Liu, Y. Gogotsi, and Bin Xu. MXene-bonded flexible hard carbon film as anode for stable Na/K-ion storage. Adv. Funct. Mater.2019, 29, 201906282.

(2) P. Zhang, D. Wang, Q. Zhu, N. Sun, F. Fu, B. Xu, Plate-to-Layer Bi₂MoO₆/MXene-Heterostructured Anode for Lithium-Ion Batteries Nano-Micro Lett., 2019, 11: 81.

(3) H. Liu, X. Zhang, Y. Zhu, B. Cao, Q. Zhu, P. Zhang, B. Xu, F. Wu, R. Chen. Electrostatic self-assembly of 0D-2D SnO₂quantum dots/Ti₃C₂Tx MXene hybrids as anode for lithium-ion batteries. Nano-Micro Lett.2019, 11: 65.

(4) S. Zhang, H. Liu, B. Cao, Q. Zhu, P. Zhang, X. Zhang, R. Chen, F. Wu, B. Xu. MXene/CNTs@P nanohybrid with stable Ti-O-P bond for enhanced lithium ion storage.J. Mater. Chem. A2019, 7: 21766-21773.

(5) P. Zhang, Q. Zhu, Z. Guan, Q. Zhao, N. Sun, B. Xu, A Flexible Si@C Electrode with excellent stability employing an MXene as a multifunctional binder for lithium-ion batteries. ChemSusChem, 2019, DOI: 10.1002/cssc.201901497.

(6) Q. Zhao, Q. Zhu, J. Miao, P. Zhang, B. Xu, 2D MXene nanosheets enable small-sulfur electrodes to be flexible for lithium–sulfur batteries. Nanoscale, 2019, 11:8442-8448.

(7) Y.-T. Liu, P. Zhang, N. Sun, B. Anasori, Q. Zhu, H. Liu, Y. Gogotsi, B. Xu, Self-assembly of transition metal oxide nanostructures on MXene nanosheets for fast and stable lithium storage. Adv. Mater.2018, 30, 1707334.

(8) L. Yu, L. Hu, B. Anasori, Y.-T. Liu, Q. Zhu, P. Zhang, Y. Gogotsi, B. Xu, MXene‑bonded activated carbon as a flexible electrode for high-performance supercapacitors. ACS Energy Lett.2018, 3, 1597-1603.

本文由CQR编译。

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