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Tuning the Surface Chemistry of MXene to Improve Energy Storage: Example of Nitrification by Salt Melt
Advanced Energy Materials ( IF 24.4 ) Pub Date : 2022-11-23 , DOI: 10.1002/aenm.202202709 Liyuan Liu 1, 2 , Hannes Zschiesche 3 , Markus Antonietti 3 , Barbara Daffos 1, 2 , Nadezda V. Tarakina 3 , Mathieu Gibilaro 4 , Pierre Chamelot 4 , Laurent Massot 4 , Benjamin Duployer 1, 2 , Pierre‐Louis Taberna 1, 2 , Patrice Simon 1, 2
Advanced Energy Materials ( IF 24.4 ) Pub Date : 2022-11-23 , DOI: 10.1002/aenm.202202709 Liyuan Liu 1, 2 , Hannes Zschiesche 3 , Markus Antonietti 3 , Barbara Daffos 1, 2 , Nadezda V. Tarakina 3 , Mathieu Gibilaro 4 , Pierre Chamelot 4 , Laurent Massot 4 , Benjamin Duployer 1, 2 , Pierre‐Louis Taberna 1, 2 , Patrice Simon 1, 2
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The unique properties of 2D MXenes, such as metal-like electrical conductivity and versatile surface chemistry, make them appealing for various applications, including energy storage. While surface terminations of 2D MXene are expected to have a key influence on their electrochemical properties, the conventional HF-etching method limits the surface functional groups to F, OH, and O. In this study, O-free, Cl-terminated MXenes (noted as Ti3C2Clx) are first synthesized by a molten salt (FeCl2) etching route. Then, a substitution of surface termination from Cl to N is performed via post-thermal treatment of Ti3C2Clx in Li3N containing molten salt electrolytes. While the Cl-terminated pristine material does not show electrochemical activity, the surface-modified, N-containing Ti3C2Tx exhibits a unique capacitive-like electrochemical signature in sulfuric acid aqueous electrolyte with rate performance—more than 300 F g−1 (84 mAh g−1) at 2 V s−1. These results show that control of the MXene surface chemistry enables the preparation of high-performance electrodes in a previously not accessed limit of energy storage.
中文翻译：
调整 MXene 的表面化学以改善能量储存：盐熔化硝化的例子
2D MXenes 的独特特性，例如类金属导电性和多功能表面化学，使它们对包括储能在内的各种应用具有吸引力。虽然预计 2D MXene 的表面终端对其电化学性能有关键影响，但传统的 HF 蚀刻方法将表面官能团限制为 F、 OH 和 O。在这项研究中，无 O、Cl-终止的 MXenes（记为 Ti 3 C 2 Cl x）首先通过熔盐（FeCl 2）蚀刻路线合成。然后，将表面终止从 Cl 替换为 N 通过在含有Li 3 N的熔盐电解质中对Ti 3 C 2 Cl x进行后热处理来进行。虽然以 Cl 为末端的原始材料不显示电化学活性，但表面改性的含 N Ti 3 C 2 T x在硫酸水溶液电解质中表现出独特的类电容电化学特征，其倍率性能超过 300 F g - 1 (84 mAh g -1 ) 在 2 V s -1。这些结果表明，控制 MXene 表面化学能够在以前未达到的储能极限下制备高性能电极。
更新日期：2022-11-23
中文翻译：
调整 MXene 的表面化学以改善能量储存：盐熔化硝化的例子
2D MXenes 的独特特性，例如类金属导电性和多功能表面化学，使它们对包括储能在内的各种应用具有吸引力。虽然预计 2D MXene 的表面终端对其电化学性能有关键影响，但传统的 HF 蚀刻方法将表面官能团限制为 F、 OH 和 O。在这项研究中，无 O、Cl-终止的 MXenes（记为 Ti 3 C 2 Cl x）首先通过熔盐（FeCl 2）蚀刻路线合成。然后，将表面终止从 Cl 替换为 N 通过在含有Li 3 N的熔盐电解质中对Ti 3 C 2 Cl x进行后热处理来进行。虽然以 Cl 为末端的原始材料不显示电化学活性，但表面改性的含 N Ti 3 C 2 T x在硫酸水溶液电解质中表现出独特的类电容电化学特征，其倍率性能超过 300 F g - 1 (84 mAh g -1 ) 在 2 V s -1。这些结果表明，控制 MXene 表面化学能够在以前未达到的储能极限下制备高性能电极。
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