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青島大學(xué)Lina Ma--負(fù)載在Ti3C2Tx-MXene三維FeNi-LDH納米片的協(xié)同耦合效應(yīng)用于超級(jí)電容器

層狀雙氫氧化物(LDHs)是一種很有前途的能源材料，因?yàn)樗哂邢喈?dāng)大的理論容量和可調(diào)節(jié)的成分，但也受其固有的低導(dǎo)電性和團(tuán)聚性能的影響，因此，高電導(dǎo)率和活性表面基質(zhì)的精確雜交是解決這些問題的有效手段。在此，我們通過相互耦合協(xié)同，將3D FeNi-LDH陣列異質(zhì)組裝在基于Ti₃C₂T_x的MXene納米片上，從而開發(fā)出層次納米雜化。FeNi-LDH陣列與Ti₃C₂T_x MXene納米片之間的強(qiáng)界面相互作用和良好的電子耦合不僅提高了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、電導(dǎo)率和電解質(zhì)可及性，而且大大提高了氧化還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。所制備的Fe₁Ni₃-LDH/Ti₃C₂T_x-MXene能量材料具有優(yōu)異的電導(dǎo)率和電容性能，所構(gòu)建的對(duì)稱超級(jí)電容器具有優(yōu)異的能量密度為94.1 Wh Kg^-1和功率密度為7431.8 W Kg^-1。該研究為開發(fā)具有穩(wěn)定界面和良好電化學(xué)性能的二維Mxene儲(chǔ)能器件提供了一種簡單有效的策略。

圖1 FeNi-LDH/Ti₃C₂T_x-MXene納米雜化材料制備過程示意圖。

圖2 (a)分層和 (b)少層Ti₃C₂T_x-MXene納米片的TEM圖像。(c) Fe₁Ni₃-LDH/Ti₃C₂T_x-MXene納米雜化物的SEM和(d) TEM圖像。 (e)高分辨圖像。(f) SAED形象。(g) x射線衍射模式。(h-m) FeNi-LDH/Ti₃C₂T_x-MXene納米雜化材料中C、Ti、O、Ni和Fe元素的元素映射。

圖3 (a)測量掃描，(b) Ti 2p， (c) Fe 2p和(d) Ni 2p的XPS譜圖。(e) Ti₃C₂T_x-MXene和FeNi-LDH/Ti₃C₂T_x-MXene納米雜化物的N₂吸附-脫附等溫線和孔隙分布。

圖4. Fe₁Ni₃-LDH、Ti₃C₂T_x-MXene和FeNi-LDH/Ti₃C₂T_x-MXene電極的電化學(xué)性能比較(a) 100 mV s^-1時(shí)的CV曲線。(b) Fe₁Ni₃-LDH/Ti₃C₂T_x-MXene納米雜化材料在不同掃描速率下的CV曲線。(c)在3a g^-1處的GCD曲線。(d)不同電流密度下Fe₁Ni₃-LDH/Ti₃C₂T_x-MXene納米雜化材料的GCD曲線。(e)特定的電容。(f) b值。(g) 100 mV s^-1選定掃描速率下的電容貢獻(xiàn)。(h)不同掃描速率下電容電容的歸一化貢獻(xiàn)率。(i)尼奎斯特圖。

圖5 SSC的電化學(xué)性能。(一)CV曲線。(b)GCD圖。(c)特定的電容。(d) Ragone圖。(e)循環(huán)性能和庫侖效率(在電流密度為5 a g^-1時(shí)測試)。(f)原理圖和數(shù)顯照片。

圖6 (a) Fe₁Ni₃-LDH/Ti₃C₂T_x-MXene納米雜化材料的差分電荷密度。(b) OH^-吸附在Ti₃C₂T_x-MXene納米片和Fe₁Ni₃-LDH/Ti₃C₂T_x-MXene納米雜化膜上的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。(c) Fe₁Ni₃-LDH陣列、Ti₃C₂Tx-MXene和Fe₁Ni₃-LDH/Ti₃C₂Tx-MXene納米雜化的態(tài)密度(DOS)。(d) Fe₁Ni₃-LDH陣列和Fe₁Ni₃-LDH/Ti₃C₂Tx-MXene納米雜化的Fe/Ni-3d軌道的投射態(tài)密度(PDOS)。

相關(guān)科研成果由青島大學(xué)Lina Ma等人于2021年發(fā)表在Nano Energy.（https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106633）上。原文：Synergistically coupling of 3D FeNi-LDH arrays with Ti₃C₂T_x-MXene nanosheets toward superior symmetric supercapacitor。

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)



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