近日，中科院大連化學物理研究所二維材料與能源器件研究組（DNL21T3）吳忠?guī)浹芯繂T團隊通過在KOH溶液中震蕩處理二維金屬碳化物納米片（MXene），成功制備層間距擴大的堿化MXene納米帶，并發(fā)現(xiàn)其具有優(yōu)異的儲鈉和儲鉀性能。相關研究成果發(fā)表在《納米能源》（Nano Energy）雜志上（DOI: 10.1016/j.nanoen.2017.08.002）。


MXene是一類新型二維金屬碳（氮）化物納米片，常見的Ti3C2MXene片已被證實是一種先進儲能電極材料，但傳統(tǒng)由氫氟酸刻蝕制備的MXene材料存在層數(shù)堆疊嚴重、層間距較小，作為電極材料時比容量較低且循環(huán)性能差。因此，急需開發(fā)結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定的MXene基新型儲能材料。

該研究團隊發(fā)展了一種KOH溶液震蕩處理Ti3C2MXene的新策略，一步法實現(xiàn)了堿化Ti3C2MXene納米帶（a-Ti3C2MNRs）的制備，a-Ti3C2MNRs具有較大的層間距（12.5Å）、窄的寬度（6-22nm）、超薄厚度以及開放的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，具有發(fā)達的離子和電子快速傳輸通道，顯著提高了電極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)，a-Ti3C2MNRs可用作高容量鈉離子電池（SIBs）和鉀離子電池（PIBs）負極材料，在電流密度為20mA/g時，SIBs和PIBs的可逆容量分別為168mAh/g和136mAh/g；當電流密度增大至200mA/g時，可逆容量分別為84mAh/g和78mAh/g；同時，SIBs和PIBs都表現(xiàn)出良好循環(huán)穩(wěn)定性，在200mA/g的高電流密度下循環(huán)500次后，可逆容量仍可分別保持在50mAh/g和42mAh/g，優(yōu)于大多數(shù)已報道的MXene基電極材料。該方法有望推廣至其它三維MXene新型結(jié)構(gòu)的構(gòu)建中，并拓寬MXene類材料的應用范圍。

上述工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、國家青年千人計劃、遼寧省自然科學基金、中國博士后基金等項目的資助。（文/圖 董琰峰、趙雪君）