二维(2D)材料Ti₃C₂ MXenes由于其优良的导电性和手风琴状的纳米片形态，最近被用于锂离子电池(LIBs)的电极复合材料。然而，Ti₃C₂在合成过程中不可避免地与表面物种偶联后，比容量低，循环后降解速度快。在这项工作中，Ti₃C₂作为Li₄Ti₅O₁₂ (LTO)的Ti源和碳量子点(CQDs)的c源在一步水热过程中进行了研究。所得LTO产物(M-LTO)继承了Ti₃C₂具有均匀锚定CQDs的纳米片形态。高电子导电性的CQDs优化了离子的传输路径，降低了离子的扩散势垒，进一步增加了材料的态密度，有效地提高了M-LTO的电导率。在锂离子电池，钠离子电池和锂镁离子混合电池中，这类电极表现出了卓越的电化学性能，包括高的初始比容量，长寿命和优异的低温容量。本文为快速扩展的过渡金属MXenes在金属离子电池电极中的应用研究提供了一种新的策略。
 
图1  图1所示。(a) M-LTO制备过程的示意图。(b) Ti₃AlC₂和(c) Ti₃C₂的SEM图像。(d-g) M-LTO的SEM、TEM图像。
 
图2. (a) Ti₃C₂、M-LTO和LTO的XRD谱图。(b) Ti对Ti₃C₂、LTO和M-LTO的XPS光谱。(c) LTO、M-LTO、Ti₃C₂和Ti₃AlC₂的拉曼光谱。(d) M-LTO的固态NMR谱图。
  
图3 作为LIBs阳极:(a)和(b) LTO或M-LTO在5c的循环性能(c) LTO和M-LTO的速率性能。(d) M-LTO在低温下的循环性能。(e)循环前LTO和M-LTO电极的Nyquist图。(f) M-LTO和LTO在不同扫描速率下的循环伏安图(cv)(实线为M-LTO，虚线6为LTO)。
 
图4. 分别从(a) (b) XOY和(c) (d) ZOX方向来看，Li₁₁Ti₁₃O₃₂和Li₁₁Ti₁₃O₃₂- c₄₁在(111)平面上的优化锂离子迁移路径。黄色球体代表锂离子的过渡位置。(e) Li-Ti端面Li₁₁Ti₁₃O₃₂和Li₁₁Ti₁₃O₃₂-C₄₁(111)平面的DOS图，以及Li₁₁Ti₁₃O₃₂-C₄₁ DOS中C₄₁的PDOS图。
 
图5。(a、b)钠离子电池LTO和M-LTO的循环性能和速率性能。(c、d)锂镁离子混合电池LTO和M-LTO的循环性能和速率性能。
 
     相关科研成果由上海空间动力源研究所国家重点实验室Jingying Xie和 Kevin Huang等人于2022年发表在Journal of Colloid and Interface Science (https://doi.org/10.1016/j.jcis.2022.09.040)上。原文：Ti₃C₂ MXene-Derived Li₄Ti₅O₁₂ Nanoplates with in-situ Formed Carbon Quantum Dots for Metal-ion Battery Anodes。

转自《石墨烯研究》公众号