【研究背景】

? ?二維材料已經(jīng)引起廣泛關(guān)注，尤其是在電化學(xué)儲能領(lǐng)域。由于石墨烯的成功，MXenes(二維過渡金屬碳化物/氮化物)有望成為鋰離子電池(LIBs)和電容器最有前途的候選材料之一，因為它具有可控制的化學(xué)成分和獨特的結(jié)構(gòu)和電子特性。近年來，原位X射線吸收精細結(jié)構(gòu)(XAFS)成為研究鋰離子嵌入/脫出機制的適宜技術(shù)。尤其XAFS可以測定金屬原子的動態(tài)價態(tài)變化，以及材料在電化學(xué)反應(yīng)過程中的真實結(jié)構(gòu)演變。

【文章簡介】

? ?中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)國家同步輻射實驗室宋禮課題組在離子修飾MXene的研究中發(fā)現(xiàn)Sn4+離子修飾的V2C具有超高的鋰離子存儲性能。

離子插層是提高二維材料儲能性能的重要途徑。MXene這種層狀夾層的動態(tài)儲能過程十分重要，但由于缺乏有效的操作方法，仍然是一個挑戰(zhàn)。本文展示了一種獨特的原子Sn4+修飾的碳化釩(V2C) MXene，它不僅具有高度增強的鋰離子電池(LIB)性能，而且由于層間空間的擴展和V-O-Sn鍵的形成，具有優(yōu)異的速率和循環(huán)穩(wěn)定性。結(jié)合原位測試，建立了原位x射線吸收精細結(jié)構(gòu)測量方法，探討了V2C@SnMXene電極在LIBs中的動態(tài)機制。原位測試結(jié)果清楚地揭示了釩(V)、錫(Sn)的價態(tài)變化，以及氧(O)原子在充放電過程中的貢獻，證實了它們對鋰存儲容量的貢獻。并且進一步對插層MXene電極的穩(wěn)定性進行了原位研究，證明了V-O-Sn鍵的關(guān)鍵作用。

? ?該文章發(fā)表在知名期刊?Advanced Energy Material上，題目為：Atomic Sn4+ Decorated into Vanadium Carbide MXene Inter layers for Superior Lithium Storage

【圖文導(dǎo)讀】

圖一為合成過程、表面形貌表征和靜態(tài)光譜研究

圖二為V2C@Sn電化學(xué)性質(zhì)

圖三為V2C@Sn電極的原位光譜研究

圖四為V2C@Sn電極的原位吸收精細結(jié)構(gòu)譜

【文章總結(jié)】

? ??本文設(shè)計并成功合成了Sn4+插入的V2C MXene，其002取向晶格間距增加約19A，并形成V-O-Sn鍵。結(jié)合常規(guī)的表征方法，采用原位XAFS和Raman測量方法對鋰的存儲機理進行了探討。本文原位x射線衍射(ex - situ XRD)結(jié)果證明了V2C夾層在鋰離子嵌入/脫出過程中的膨脹和收縮。吸收精細結(jié)構(gòu)譜表明O對鋰離子的存儲有積極作用而F有消極的作用。更深入地說，我們對V、Sn原位XAFS和Raman的表征清楚地表明了Sn和V原子可逆的電化學(xué)活性，從而獲得了優(yōu)異的LIB容量和循環(huán)能力。這些結(jié)果不僅為更好地理解基于MXenes的電極的動態(tài)工作過程提供了有用的見解，而且也證明了傳統(tǒng)原位表征和原位光譜技術(shù)的結(jié)合對今后的原位研究具有積極的意義。

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