Opening Magnesium Storage Capability of Two-Dimensional MXene by Intercalation of Cationic Surfactant

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作者
Min Hong Xu,Shulai Lei,Jing Qi,Qingyun Dou,Lingyang Liu,Yulan Lü,Qing Huang,Siqi Shi,Xingbin Yan
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:12 (4): 3733-3740 被引量:266
标识
DOI:10.1021/acsnano.8b00959
摘要

Two-dimensional (2D) Ti 3 C 2 MXene has attracted great attention in electrochemical energy storage devices (supercapacitors and lithium-ion and sodium-ion batteries) due to its excellent electrical conductivity as well as high volumetric capacity. Nevertheless, a previous study showed that multivalent Mg 2+ ions cannot reversibly insert into MXene, resulting in a negligible capacity. Here, we demonstrate a simple strategy to achieve high magnesium storage capability for Ti 3 C 2 MXene by preintercalating a cationic surfactant, cetyltrimethylammonium bromide (CTAB). Density functional theory simulations verify that intercalated CTA + cations reduce the diffusion barrier of Mg 2+ on the MXene surface, resulting in the significant improvement of the reversible insertion/deinsertion of Mg 2+ ions between MXene layers. Consequently, the MXene electrode exhibits a desirable volumetric specific capacity of 300 mAh cm –3 at 50 mA g –1 as well as outstanding rate performance. This work endows MXene material with an application in electrochemical energy storage and, simultaneously, introduces magnesium battery materials as a member.
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