《AFM》原位技术研究MXenes电极的充电机制及结构-力学行为

十年前MXenes的发现为高速率储能应用开辟了新的研究方向和宝贵的机会。MXenes能够承载各种单价和多价阳离子的独特能力，以及它们在不同电解质环境(包括水、有机和离子液体溶液)中的高稳定性，促进了先进MXenes基电极的快速发展，适用于各种应用。与绝大多数典型的插层化合物不同，MXene电极的电化学性能受到共插溶剂分子的强烈影响，而传统的电流/电位电化学测量无法检测到溶剂分子。此外，离子电化学插入MXene间隙导致极化MXene电极的结构、尺寸和粘弹性变化发生强耦合。为了阐明MXene系统的充能机制及其相关现象，近年来人们提出了使用各种实时监测技术。本文综述了原位研究中有关Ti3C2Tx电极充电机制及其电位诱导的结构和力学现象的重要发现。

图文简介

Ti3C2Tx电极在a)中性标准1m水溶液(虚线)和浓缩电解质中典型的CV和GCD图b)酸性水电解质和c)非水电解质溶液中。

酸性环境中MXene电极的原位表征。a) i) Ti3C2Tx电极在1 m H2SO4中正负极化时记录的Ti k边XANES谱ii)， Ti边能随外加电位的变化。b) Ti3C2Tx电极在0.1 m HCl中循环时原位拉曼光谱记录的波数i)和峰强度ii)的变化，iii) 5个循环期间记录的光谱变化。经允许转载。c) 1 m H2SO4中MXene电极的原位XRD分析:i)CV响应，ii)充放电过程中收集的XRD图，iii) d间距随施加电位的相应变化。d) 1 m H2SO4溶液中MXene电极的原位EQCM测量:i)计算插入质子的水化数和总离子群ii)作为电位的函数，iii)与H+相关的离子通量(红色)和总离子通量(蓝色)与电位的关系。

中性电解质溶液中MXene电极的原位表征:a)在1m KOH和MgSO4溶液中循环的Ti3C2电极的原位XRD谱。经允许转载。b)在各种水电解质中的AFM原位测量中记录的cv和相对电极变形。c) i)原位EQCM-D结果显示Li+、Mg2+和Al3+离子插入/提取到MXene薄膜时频率和耗散的变化(理论频率变化由虚线表示)。相应的cv显示在ii)各种研究离子的插入阳离子与共插入水分子的计算比率(指定为Mw)旁边;d) EQCM获得的MXene颗粒的原位形态表征。图(i)和(ii)显示了有效电极厚度-h和渗透长度-ξ的相关变化，以及各种单价和二价离子获得的cv;e) Ti3C2Tx电极在0.5 m Na2SO4中循环时，原位拉曼光谱记录的波数(i)和峰值强度的变化，iii) 5个循环期间记录的光谱变化，iv)提出的充电机制的原子描述。

MXene电极在非水电解质溶液中的原位表征:a) MXene电极在含1 m LiPF6的ACN、DMSO和PC溶液(分别为ii、iii、iv)中循环伏安图(i)和用原位XRD测量的相应d-间距变化;(b) i)熔融盐合成制备Ti3C2Tx颗粒的CV响应和原位XRD谱ii);c)在EMIM-TFSI中循环过程中收集的Ti3C2电极的原位XRD光谱(i)和循环伏安图(ii);d)在i) EMIM-TFSI和ii) BMIM-BF4离子液体中，通过原位膨胀法测量的MXene电极在正负电位扫描时的位移变化。

论文信息

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202203154

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