Plasma‐Activated Solutions Regulate Surface‐Terminating Groups Enhancing Pseudocapacitive Ti3C2Tx Electrode Performance

材料科学 X射线光电子能谱 表面改性 超级电容器 MXenes公司 电极 电化学 电导率 化学工程 氮化物 石墨烯 纳米技术 物理化学 化学 图层(电子) 工程类
作者
Yuling Luo,Huachao Yang,Chang Ying,Rui Wang,Zheng Bo,Jun Yan,Kefa Cen,Kostya Ken Ostrikov
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202305383
摘要

2D transition metal carbides and nitrides (MXenes) are actively pursued as pseudocapacitive materials for supercapacitors owing to their advantages in electronic conductivity and surface reactivity. Increasing the fraction of ─O terminal groups in Ti3 C2 Tx is a promising approach to improve the pseudocapacitive charge storage in H2 SO4 electrolytes, but it suffers from a lack of effective functionalization methods and stability of the groups in practical operation. Here a low-temperature and environment-friendly approach via the interaction of nonequilibrium plasmas with Ti3 C2 Tx dispersion is demonstrated to generate abundant and stable surface-terminating O groups. The impact of the discharge environment (Ar, O2 , and H2 ) on the structural characteristics and electrochemical performance of Ti3 C2 Tx nanosheets is studied. The Ti3 C2 Tx modified in Ar and H2 maintains their original morphology but a significantly lower F content. Consequently, an extraordinarily high content (78.5%) of surface-terminating O groups is revealed by the high-resolution X-ray photoelectron spectroscopy spectra for the Ti3 C2 Tx samples modified in H2 plasma-treated solutions. Additionally, the Ti3 C2 Tx treated using H2 plasmas exhibits the best capacitive performance of 418.3 F g-1 at 2 mV s-1 , which can maintain 95.88% capacity after 10 000 cycles. These results contribute to the development of advanced nanostructured pseudocapacitive electrode materials for renewable energy storage applications.
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