通过控制表面终端覆盖范围来调整MXenes的表面稳定性和Li/Na存储
Nianxiang Qiu1, Jian He2, Qing Huang1
1Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences, Ningbo, Zhejiang, 315201, P. R. China.
Small (Weinheim an der Bergstrasse, Germany)
|March 18, 2024
概括
在二维过渡金属碳化物和/或化物 (MXenes) 上的表面终结显著影响离子扩散和容量. 在MXenes中优化终端覆盖范围为下一代电池中先进的阳极材料提供了一个有希望的策略.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 计算化学的计算化学
背景情况:
- 称为MXenes的二维过渡金属碳化物和/或化物,对储能应用具有重大前景.
- 控制MXenes的表面化学质量对于开发新材料和提高其电化学性能至关重要.
- 目前还没有详细的原子尺度理解表面终结如何影响MXene的稳定性和性能.
研究的目的:
- 系统地研究石化表面终结对M2CTz MXenes的稳定性和电化学性能的影响.
- 探索终端覆盖和和离子离子离子扩散动力学之间的关系.
- 为离子和离子电池中阳极材料确定有前途的MXene候选者.
主要方法:
- 使用高通量第一原理计算来确定稳定的素功能化M2CTz (M = V, Nb, Ta; T = S, Se, Te) 结构.
- 分析电荷转移机制,以了解离子扩散障碍.
- 评估电导率,平面内刚度,离子扩散屏障和理论容量.
主要成果:
- 在各种化学条件下确定了28种稳定的素功能化的M2CTz MXenes.
- 减少终端覆盖面可以提高电导率,但可以降低平面内硬度.
- 在终端覆盖面和离子扩散屏障之间观察到类似火山的关系,其中半个终端覆盖面显著加快了离子扩散.
结论:
- 该研究确定V2CSe2和Nb2CSz是/离子电池的有前途的阳极材料,因为它们具有高容量,低屏障能量和有利的开放电路电压.
- 控制终端覆盖是一个可行的策略来调整MXenes的电化学性能.
- 这些发现为合理设计和制造用于储能应用的MXenes提供了宝贵的见解.
