Are MXenes Promising Anode Materials for Li Ion Batteries? Computational Studies on Electronic Properties and Li Storage Capability of Ti3C2 and Ti3C2X2 (X = F, OH) Monolayer

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作者
Qing Tang,Zhen Zhou,Pan‐Wen Shen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:134 (40): 16909-16916 被引量:1978
标识
DOI:10.1021/ja308463r
摘要

Density functional theory (DFT) computations were performed to investigate the electronic properties and Li storage capability of Ti(3)C(2), one representative MXene (M represents transition metals, and X is either C or/and N) material, and its fluorinated and hydroxylated derivatives. The Ti(3)C(2) monolayer acts as a magnetic metal, while its derived Ti(3)C(2)F(2) and Ti(3)C(2)(OH)(2) in their stable conformations are semiconductors with small band gaps. Li adsorption forms a strong Coulomb interaction with Ti(3)C(2)-based hosts but well preserves its structural integrity. The bare Ti(3)C(2) monolayer exhibits a low barrier for Li diffusion and high Li storage capacity (up to Ti(3)C(2)Li(2) stoichiometry). The surface functionalization of F and OH blocks Li transport and decreases Li storage capacity, which should be avoided in experiments. The exceptional properties, including good electronic conductivity, fast Li diffusion, low operating voltage, and high theoretical Li storage capacity, make Ti(3)C(2) MXene a promising anode material for Li ion batteries.
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