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       二維(2D)材料Ti₃C₂ MXenes由于其優良的導電性和手風琴狀的納米片形態，最近被用于鋰離子電池(LIBs)的電極復合材料。然而，Ti₃C₂在合成過程中不可避免地與表面物種偶聯后，比容量低，循環后降解速度快。在這項工作中，Ti₃C₂作為Li₄Ti₅O₁₂ (LTO)的Ti源和碳量子點(CQDs)的c源在一步水熱過程中進行了研究。所得LTO產物(M-LTO)繼承了Ti₃C₂具有均勻錨定CQDs的納米片形態。高電子導電性的CQDs優化了離子的傳輸路徑，降低了離子的擴散勢壘，進一步增加了材料的態密度，有效地提高了M-LTO的電導率。在鋰離子電池，鈉離子電池和鋰鎂離子混合電池中，這類電極表現出了卓越的電化學性能，包括高的初始比容量，長壽命和優異的低溫容量。本文為快速擴展的過渡金屬MXenes在金屬離子電池電極中的應用研究提供了一種新的策略。
 
圖1  圖1所示。(a) M-LTO制備過程的示意圖。(b) Ti₃AlC₂和(c) Ti₃C₂的SEM圖像。(d-g) M-LTO的SEM、TEM圖像。
 
圖2. (a) Ti₃C₂、M-LTO和LTO的XRD譜圖。(b) Ti對Ti₃C₂、LTO和M-LTO的XPS光譜。(c) LTO、M-LTO、Ti₃C₂和Ti₃AlC₂的拉曼光譜。(d) M-LTO的固態NMR譜圖。
  
圖3 作為LIBs陽極:(a)和(b) LTO或M-LTO在5c的循環性能(c) LTO和M-LTO的速率性能。(d) M-LTO在低溫下的循環性能。(e)循環前LTO和M-LTO電極的Nyquist圖。(f) M-LTO和LTO在不同掃描速率下的循環伏安圖(cv)(實線為M-LTO，虛線6為LTO)。
 
圖4. 分別從(a) (b) XOY和(c) (d) ZOX方向來看，Li₁₁Ti₁₃O₃₂和Li₁₁Ti₁₃O₃₂- c₄₁在(111)平面上的優化鋰離子遷移路徑。黃色球體代表鋰離子的過渡位置。(e) Li-Ti端面Li₁₁Ti₁₃O₃₂和Li₁₁Ti₁₃O₃₂-C₄₁(111)平面的DOS圖，以及Li₁₁Ti₁₃O₃₂-C₄₁ DOS中C₄₁的PDOS圖。
 
圖5。(a、b)鈉離子電池LTO和M-LTO的循環性能和速率性能。(c、d)鋰鎂離子混合電池LTO和M-LTO的循環性能和速率性能。
 
     相關科研成果由上海空間動力源研究所國家重點實驗室Jingying Xie和 Kevin Huang等人于2022年發表在Journal of Colloid and Interface Science (https://doi.org/10.1016/j.jcis.2022.09.040)上。原文：Ti₃C₂ MXene-Derived Li₄Ti₅O₁₂ Nanoplates with in-situ Formed Carbon Quantum Dots for Metal-ion Battery Anodes。

轉自《石墨烯研究》公眾號