河南理工大学周爱国教授JAC精选：在开放/封闭环境中制备V2C MXene及其电化学性能对比

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MXene是一种类似石墨烯的二维层状碳/氮化物，其独特的二维层状结构、可调控的表面化学性质和导电性使其在能量储存、催化、电磁吸收/屏蔽、气体吸附以及传感器等领域展现出良好的应用前景。Ti3C2是第一个被广泛研究的MXene并在储能领域有着广泛的应用。除了Ti3C2 MXene外，V2C是另一种受到许多学者关注的MXene。根据理论计算结果，V2C MXene是一种理想的锂电池电极材料，理论容量达到940 mAh/g，远高于其他MXene，但是，高纯的V2C MXene难以被制备出来。获得V2C的常规方法是在室温下通过HF溶液蚀刻V2AlC。然而，通过制备的材料含有很多杂质。把刻蚀温度提高到90℃，采用NaF+HCl作为刻蚀溶液，可以制备高纯度的V2C MXene。但是科学家仍然需要进一步的工作，认识刻蚀过程，提高V2C MXene的合成效率。

河南理工大学周爱国课题组近期研究了刻蚀环境 (开放或封闭) 对V2C MXene的合成和电化学性能的影响，发现在开放环境 (油浴锅) 中，仅NaF+ HCl刻蚀溶液可用于合成高纯度的V2C MXene，而在密闭环境 (水热反应釜) 中，LiF+ HCl和NaF + HCl均可作为刻蚀溶液制备高纯V2C MXene，且密闭环境中得到的V2C具有更高纯度和更好的多层形貌。电化学测试发现，相比于NaF + HCl制备的V2C，LiF + HCl制备的V2C作为锂离子电池负极材料具有更好的电化学性能，这主要归因于其较大的层间距。本文首次对V2C的刻蚀环境进行研究，发现水热反应釜的封闭环境可以显著提成刻蚀溶液的刻蚀能力，扩大刻蚀溶液的种类。水热法可以更加高效、安全的制备具有良好微观结构和电化学性能的V2C MXene。

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图1  不同方法剥离V2C MXene示意图

图2  不同工艺条件下得到的V2C MXene的XRD图谱

图3  不同蚀刻环境得到V2C的SEM图像: (a) (b) 开放环境；(c) (d) 封闭环境

图4 (a)不同循环密度下的放电比容量和(b)不同电流密度下制备的4个V2C MXene样品的循环性能

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该工作获得国家自然科学基金 (51772077)、中国博士后基金(2019M652537)、河南省科技创新团队 (19IRTSTHN027)、河南省高校基本科研业务费专项资金 (NSFRF200101)、河南省科技攻关 (202102310628) 等项目的经费支持。

原文链接
https://link.springer.com/article/10.1007/s40145-020-0411-8

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