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Halogenated Ti3C2 MXenes with Electrochemically Active Terminals for High-Performance Zinc Ion Batteries

MXenes公司 材料科学 氮化物 电化学 三元运算 最大相位 碳化物 纳米技术 化学 图层(电子) 电极 计算机科学 物理化学 冶金 程序设计语言
作者
Mian Li,Xinliang Li,Gui-Fang Qin,Kan Luo,Jun Lu,Youbing Li,Guojin Liang,Zhaodong Huang,Jie Zhou,Lars Hultman,Per Eklund,Per O. Å. Persson,Shiyu Du,Zhifang Chai,Chunyi Zhi,Qing Huang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (1): 1077-1085 被引量:277
标识
DOI:10.1021/acsnano.0c07972
摘要

The class of two-dimensional metal carbides and nitrides known as MXenes offer a distinct manner of property tailoring for a wide range of applications. The ability to tune the surface chemistry for expanding the property space of MXenes is thus an important topic, although experimental exploration of surface terminals remains a challenge. Here, we synthesized Ti3C2 MXene with unitary, binary, and ternary halogen terminals, e.g., −Cl, −Br, −I, −BrI, and −ClBrI, to investigate the effect of surface chemistry on the properties of MXenes. The electrochemical activity of Br and I elements results in the extraordinary electrochemical performance of the MXenes as cathodes for aqueous zinc ion batteries. The −Br- and −I-containing MXenes, e.g., Ti3C2Br2 and Ti3C2I2, exhibit distinct discharge platforms with considerable capacities of 97.6 and 135 mAh·g–1. Ti3C2(BrI) and Ti3C2(ClBrI) exhibit dual discharge platforms with capacities of 117.2 and 106.7 mAh·g–1. In contrast, the previously discovered MXenes Ti3C2Cl2 and Ti3C2(OF) exhibit no discharge platforms and only ∼50% of capacities and energy densities of Ti3C2Br2. These results emphasize the effectiveness of the Lewis-acidic-melt etching route for tuning the surface chemistry of MXenes and also show promise for expanding the MXene family toward various applications.
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