Angew. Chem.:聚阴离子电插层法在碱金属熔盐中合成端基可调的少层Ti₃C₂Tₓ MXene

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MXene自2011年发现以来,因其优异的导电性、机械强度和表面可调性,在能源存储、电磁屏蔽、催化等领域展现出巨大潜力。然而,传统合成方法易导致MXene表面端基混杂(含–O、–F、–OH等),且剥离过程易破坏其结构,限制了其性能。因此,如何在不破坏MXene结构的前提下,实现对其表面化学性质的精确调控,并实现温和高效的层间剥离,是目前MXene研究中的关键挑战。

基于上述挑战,上海大学先进耐火材料全国重点实验室邹星礼/鲁雄刚教授团队提出了一种低温熔盐电化学刻蚀新策略,利用碱金属熔盐(AlCl3-NaCl-KCl)在170 °C下对Ti3AlC2 MAX相进行阳极蚀刻,通过聚阴离子(AlnCl3n+1⁻)的电插层,实现同时刻蚀与层间膨胀,从而获得端基均匀、结构完整的少层MXene材料。



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图1. 聚阴离子电化学插层获得少层MXene的示意图。

作者团队通过聚阴离子电插层和熔盐改性,制备了终端定制的少层Ti3C2Tx(T = –Cl、–NH或–Br)。研究结果证明了电化学调控“蚀刻-插层”机制的可行性和重要性,其中聚阴离子的电插层同时溶解了Ti3AlC2中的Al原子层并破坏了层间相互作用。低温AlCl3-NaCl-KCl熔盐体系有效抑制了氧化,且插层的AlnCl3n+1聚阴离子在水溶液中易于解离;因此,MSE-Ti3C2Clx的剥离保留了其关键表面终端。得益于低氧含量、均匀Cl终端表面和少层诱导的有序结构,MSE-Ti3C2Clx涂层有效促进了锌阳极上的Zn2+捕获和均匀沉积,将循环寿命在2 mA cm–2和1 mAh cm–2下延长至5500 h,这是Ti3C2Tx修饰锌电极报道的最高值之一。该工作为同时定制MXene表面化学和轻松剥离建立了一条可扩展且无损的路径,展示了其在能源应用中的巨大潜力。

文信息

Polyanion Electrointercalation Enables Termination-Tailored Oligolayer Ti3C2Tx MXene Synthesis in Alkali Chloroaluminate Melt

Feng Tian, Dr. Zhongya Pang, Dr. Xing Yu, Zhenqiang Jiang, Fei Wang, Jianlin Xu, Dr. Guangshi Li, Prof. Dr. Shen Hu, Prof. Dr. Qian Xu, Prof. Dr. Hsien-Yi Hsu, Prof. Dr. Yufeng Zhao, Prof. Dr. Li Ji, Prof. Dr. Xionggang Lu, Prof. Dr. Xingli Zou


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202514594




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