【研究背景】

Ti3C2Tx作為一種典型的2D MXene，由于其良好的親水表面，高化學穩(wěn)定性，可調節(jié)的層間間距以及高電導率，優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能已被廣泛用作超級電容器和電池材料。但是，Ti3C2??MXene的低比電容限制了其應用。因此已通過一些研究來提高其比電容，對于基于Ti3C2的異質結構，可將電池型材料與Ti3C2組裝在一起。2D / 2D異質結構可以結合不同2D材料的優(yōu)勢，甚至可以通過協(xié)同效應表現(xiàn)出提升的性能。2D過渡金屬碳化物Ti3C2?MXene和2D 1T-MoS2由于其各自的特性已成為電化學領域中有潛力的材料。然而由于1T-MoS2的不穩(wěn)定性，缺少復合這兩種2D材料協(xié)同效應的研究。

【成果簡介】

最近，中國科學院Xuebin Zhu教授和Yuping Sun教授合作在國際知名學術期刊Advanced Functional Materials上發(fā)表一篇題目為：2D/2D 1T-MoS2/Ti3C2?MXene Heterostructure with Excellent Supercapacitor Performance的研究論文，該研究成功制備了具有三維互聯(lián)網(wǎng)絡1T-MoS2?/ Ti3C2MXene的異質結構，并研究了其電化學存儲機理。由于3D互連網(wǎng)絡中的協(xié)同作用效應，擴大了離子存儲空間，具有額外的電容貢獻。同時由于Ti3C2MXene的超快電子傳輸，表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能。這項工作為實現(xiàn)2D / 2D異質結構的優(yōu)異電化學性能提供了原型。

【圖文導讀】

圖1.?1T-MoS2/ Ti3C2MXene和2H-MoS2/Ti3C2?MXene三維異質結構的合成示意圖，以及2H-MoS2和1T-MoS2的晶體結構和d間距

圖2.樣品的相位和晶體結構

圖3.2H-MoS2/Ti3C2?MXene和1T-MoS2/Ti3C2?MXene異質結構的形貌

圖4.?2H-MoS2，1T-MoS2，Ti3C2MXene，2H-MoS2?/ Ti3C2?MXene, 1T-MoS2?/ Ti3C2?MXene電極的電化學性能

圖5.1T-MoS2/ Ti3C2?MXene電極的儲能機理

圖6.?柔性器件的電化學性能

【本文總結】

本文通過XRD，拉曼光譜，SEM，TEM和HRTEM相關表征證實了通過磁水熱合成法成功制備了具有3D互連網(wǎng)絡微觀結構的1T-MoS2/?Ti3C2?MXene異質結構。與1T-MoS2（357.4 F g-1）和Ti3C2?MXene（27.2 F g-1）相比，1T-MoS2?/Ti3C2?MXene異質結構在1 A g-1時表現(xiàn)出最高的比電容386.7 F g-1?，同時由于異質結構中的協(xié)同作用，顯示出優(yōu)異的倍率性能（在50 A g-1時207.3 F g-1）。此外，基于1T-MoS2/?Ti3C2?MXene的全固態(tài)柔性對稱超級電容器在2 mA cm-2時顯示出347 mF cm-2的高面積電容。經(jīng)過20 000個長期循環(huán)后，柔性器件的面電容可保持約91.1％，表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。1T-MoS2/?Ti3C2?MXene異質結構可以實現(xiàn)高電容1T-MoS2納米片與高倍率Ti3C2?MXene的強耦合。這項工作為研究2D/ 2D異質結構中超級電容器的電化學儲能機理鋪平了道路。

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