Intercalation of Small Organic Molecules into Ti3C2Tx MXene Cathodes for Flexible High‐Volume‐Capacitance Zn‐Ion Microsupercapacitor

材料科学 插层(化学) 电化学 乙腈 阴极 离子 金属 无机化学 酰胺 分析化学(期刊) 电极 物理化学 有机化学 化学 冶金
作者
Weijia Liu,La Li,Chuqiao Hu,Di Chen,Guozhen Shen
出处
期刊:Advanced materials and technologies [Wiley]
卷期号:7 (12) 被引量:23
标识
DOI:10.1002/admt.202200158
摘要

Abstract The delamination of 2D Ti 3 C 2 T x MXene endows the injection of various ions and small organic molecules into its layers, thus leading to a tunable distance between layers and adjustable electrochemical properties. A suitable selection of intercalators needs to be considered according to the relevant metal‐ion‐based energy storage device because of the different radii of metal ions such as Li + , Na + , Mg 2+ Zn 2+ , etc. Herein, the intercalation of N , N ‐dimethylacetamide (DMAC), acetonitrile (ACN), dimethyl sulfoxide (DMSO), LiCl (H 2 O) into Ti 3 C 2 T x cathodes and their electrochemical performance comparisons by fabricating Zn‐ion microsupercapacitors (MSCs) is reported. Studies found that an increased calculated interlayer space of 3.42, 7.47, 7.79, 8.3 Å is obtained for the H 2 O, DMSO, ACN, DMAC intercalated Ti 3 C 2 T x cathodes, and a decreased calculated binding energy of −0.03, −0.78, −1.91, and −3.06 eV is obtained for the Ti 3 C 2 T x ‐H 2 O, Ti 3 C 2 T x ‐DMSO, Ti 3 C 2 T x ‐ACN, and Ti 3 C 2 T x ‐DMAC, respectively. The highest interlayer space, lowest binding energy, and amide groups make the DMAC intercalated Ti 3 C 2 T x ‐ based MSC exhibit volumetric capacitance of 1873 F cm −3 at a scan rate of 5 mV s −1 , much higher than 1103 F cm −3 for Ti 3 C 2 T x ‐H 2 O, 1313 F cm −3 for Ti 3 C 2 T x ‐ACN, 544 F cm −3 for Ti 3 C 2 T x ‐DMSO. The superior flexibility that results in invariable capacitance under 5000 bending cycles, together with the lighting test of the fabricated MSC, demonstrates its application in the wearable integrated system.
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