北京化工大学徐斌教授团队在MXene基电极材料研究获进展

原标题:北京化工大学徐斌教授MXene基电极材料研究取得进展。

近日，北京化工大学材料所徐斌教授团队在《能源与环境材料》(IF = 15.122)发表了题为《基于3D泡沫的MX ene架构:先进钾离子存储的结构与电解工程》的研究论文。本文从三维结构构建和电解液匹配两个方面研究了提高MXene储钾性能的策略，提高了MXene基电极材料的储钾比容量、循环稳定性和倍率性能。

MXene是一种新型二维层状过渡金属碳化物/氮化物，因其类金属导电性、优异的亲水性、丰富的表面端基和赝电容特性，在电化学储能领域受到广泛关注。但作为钾离子电池的负极材料，有一些问题亟待解决:一是层间强范德华力使MXene的层间容易堆积，阻碍了表面活性位的有效利用和离子的快速传输；其次，难以在MXene层之间插入/移除较大的钾离子。最后，钾的高活性和MXene丰富的表面端基使得MXene与钾离子的不可逆副反应增加，而库仑效率较低。

课题组前期工作(先进功能材料，2020，30，2000 922；储能材料，2020，29，163-171；小，2019，15，1904293，293)，本工作一方面通过静电感应法将带正电荷的三聚氰胺吸附在带负电荷的MXene片表面，转化为具有三维导电网络和高比表面积的多孔MXene泡沫，以提高MXene表面活性位的利用率，缩短离子传输的路径，进而提高MXene的储钾能力和倍率性能；另一方面，使用二氟化钾磺酰亚胺(KFSI)代替传统的KPF6作为电解液，因为KFSI在循环过程中可以在MXene电极表面形成富含无机成分的固体电解质层，提高了电极在循环过程中的库仑效率，从而表现出更加优异的循环稳定性。在KFSI基酯电解液中，三维MXene泡沫在30ma·g-1和2a·g-1电流密度下的比容量分别为161.4 mAh·g-1和70 mAh·g-1，在1000mA·g-1高电流密度下循环2000次后容量保持稳定。此外，以三维MXene泡沫为负极、活性炭为正极组装的钾离子电容器，在290 W·kg-1(以电极材料计算)下可表现出57 Wh·kg-1的能量密度。结果表明，三维结构和KFSI电解质的构建能够显著提高MXene的电化学储钾性能，为MXene在钾离子储能体系中的应用提供了新的思路。

本文的第一作者是我校高等研究中心博士后张鹏，徐斌教授是本文的通讯作者，北京化工大学是唯一完成单位。本研究得到了国家自然科学基金和中国博士后科学基金的资助。

资料来源:北京化工大学

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