Hierarchical Porous N‐doped Carbon Encapsulated Fluorine‐free MXene with Tunable Coordination Chemistry by One‐pot Etching Strategy for Lithium–Sulfur Batteries

MXenes公司 材料科学 X射线光电子能谱 化学工程 锂(药物) 蚀刻(微加工) 碳纤维 纳米技术 图层(电子) 复合数 复合材料 医学 工程类 冶金 内分泌学
作者
Xinlu Zhang,Zhiwei Ni,Xuexiu Bai,Hengtao Shen,Zhengran Wang,Chuanliang Wei,Kangdong Tian,Baojuan Xi,Shenglin Xiong,Jinkui Feng
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (29) 被引量:43
标识
DOI:10.1002/aenm.202301349
摘要

Abstract Continuous and considerable exploration of two–dimensional transition metal carbides and nitrides (MXenes)toward interlayer spacing expansion, surface termination modification and composition architecture construction has aroused significant interest in energy storage fields. Nevertheless, their employment remains severely impeded by a fundamental lack of comprehension of the coordination chemistry of MXenes. Herein, hierarchical porous N‐doped carbon encapsulated fluorine‐free Ti 3 C 2 T x with tunable coordination chemistry is fabricated by a novel one‐pot etching strategy. The Ti coordinated with N manipulated by phase reconstruction is identified by high‐angle annular dark‐field scanning transmission electron microscopy and X‐ray photoelectron spectroscopy. Moreover, hierarchical porous nitrogen‐doped carbons (HPNC) are distinctly observed that result in a multifold increase in material surface area derived from a substantial increment of micro‐ and mesoporosity. The structural synergistic effect of Ti coordinated with N, and HPNC heighten binding energy and reduce energy barriers that accelerate redox kinetics, and boosts physical immobilization of lithium polysulfides. The aforementioned MXenes modified separators endow lithium–sulfur batteries with a reversible capacity of 889.5 mA h g −1 with capacity retention of 79.5% after 100 cycles at 0.5 A g −1 . Overall, this work affords a novel and universal etching strategy in terms of directly synthesizing fluoride‐free MXene with tunable coordination chemistry toward exploring the correlation between structural and electrochemical properties.
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