具有多功能表面官能團(tuán)的過(guò)渡金屬碳化物和/或氮化物（MXene）由于其可調(diào)節(jié)的電子結(jié)構(gòu)和表面特性而在快速充電儲(chǔ)能領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。然而，傳統(tǒng)的 MXene 可能會(huì)受到復(fù)雜的制備過(guò)程和由于含氧表面基團(tuán)而導(dǎo)致的有限電導(dǎo)率的阻礙。在此，通過(guò)一步“氣化”方法成功合成了具有“TMD+MXene”結(jié)構(gòu)的新型Se封端碳化鈮MXene（Nb
2CSe
2），該方法可以大大簡(jiǎn)化制備過(guò)程，無(wú)需酸蝕，并且將產(chǎn)率提高至~99 wt.%。 Nb
2CSe
2 表現(xiàn)出高電導(dǎo)率 (7.14 × 104 S m
-1 )，比傳統(tǒng) MXene Nb2CTx (T = O/OH/F) 高 2000 倍以上。 Nb2CSe2 具有卓越的高倍率容量，10 C 時(shí)為 270 mAh g
-1，50 C 時(shí)為 170 mAh g
-1，優(yōu)于大多數(shù)已報(bào)道的基于 MXenes 的材料（10 C 時(shí)通常< 200 mAh g
-1）。它還顯示出在 25℃下超過(guò) 6,500 次循環(huán)的長(zhǎng)循環(huán)壽命，且沒(méi)有明顯的衰減。此外，所獲得的柔性Nb2CSe2/CNTs紙?jiān)趶澢驼归_(kāi)超過(guò)10,000次時(shí)仍保持穩(wěn)定的導(dǎo)電性。這項(xiàng)工作中構(gòu)建有序硫?qū)僭亟K端的一步法可能會(huì)為基于 MXenes 的電極的快速充電儲(chǔ)能的合理設(shè)計(jì)開(kāi)辟新天地。
Fig 1 . (a) 通過(guò)“蒸氣活性反應(yīng)”一步制備 Nb2CSe2 的過(guò)程。 Nb2CSe2 的 (b) SEM、(c) TEM、(d) HRTEM 和 (e) SAED 圖像。 Nb2CSe2 沿 (f) [001] 晶體方向和 (g, h) [120] 晶體方向的 HAADF 原子圖像。 (i) [Se-Nb-C-Nb-Se] 層的 EDS 元素映射圖像。
Fig 2. (a) Nb2CSe2 和傳統(tǒng) MXene Nb2CTx 的晶體和電子結(jié)構(gòu)圖。 (b) Rietveld 精制的 Nb2CSe2 的 XRD 圖案。 (c) 拉曼光譜、(d) 電阻率-溫度曲線、(e) 磁通密度 (B) 霍爾電阻 (RHALL) 依賴性、(f) 電導(dǎo)率 (δRT) 和載流子濃度 (n) 的比較室溫，(g) Nb2CSe2 和 Nb2CTx 的 DOS。
Fig 3. (a) Nb2CSe2 前三個(gè)循環(huán)的 GCD 曲線。 (b) Nb2CSe2 和 Nb2CTx 的倍率性能。 (c) Nb2CSe2 在 10 和 25 C 電流密度下的長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性。(d) Nb2CSe2 在不同掃描速率下的 CV 曲線。 (e) Nb2CSe2 在 0.6 mV s
-1 時(shí)的電容貢獻(xiàn)。 (f) 不同掃描速率下的贗電容貢獻(xiàn)。 (g) Nb2CSe2 和 Nb2CTx 在初始階段和 10 個(gè)循環(huán)后的奈奎斯特圖。 (h) Nb2CSe2 和 Nb2CTx 的 GITT 電位曲線。 (i) 通過(guò) GITT 測(cè)量計(jì)算的 Nb2CSe2 和 Nb2CTx 的 Li
+ 擴(kuò)散系數(shù)。
Fig 4. 圖 4. (a) Nb2CSe2/CNTs 紙折疊過(guò)程中無(wú)斷裂的數(shù)碼照片。 (b)“彎曲-擴(kuò)展”循環(huán)期間的電性能測(cè)量。（c）Nb2CSe2/CNTs紙?jiān)?5℃下的循環(huán)性能。（d）LiCoO2||Nb2CSe2/CNTs柔性全電池示意圖及可行性測(cè)試。
Fig 5. (a) Nb2CSe2 前三個(gè)循環(huán)的 CV 曲線。第一循環(huán)中 Nb2CSe2 的原位 (b) 拉曼光譜和 (c) XRD 圖案。最終放電狀態(tài)下 Nb2CSe2 的異位 (d, e) HRTEM 圖像和 SEAD 圖案（插圖）。最終充電狀態(tài)下 Nb2CSe2 的異位 (f, g) HRTEM 圖像和 SEAD 圖案（插圖）。
相關(guān)研究工作由中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所/北京大學(xué)Fuqiang Huang課題組于2023年在線發(fā)表在《Energy Storage Materials》期刊上，Ultra-conductive Se-terminated MXene Nb2CSe2 via one-step synthesis for flexible fast-charging batteries。
原文：
https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.102860。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
