Surface Selenization Strategy for V2CTx MXene toward Superior Zn-Ion Storage

MXenes公司 材料科学 化学工程 阴极 金属 纳米技术 水溶液 扩散 过渡金属 离子 冶金 化学 物理化学 热力学 物理 工程类 催化作用 有机化学 生物化学
作者
Dawei Sha,Chengjie Lu,Wei He,Jianxiang Ding,Heng Zhang,Zhuoheng Bao,Xin Cao,Jingchen Fan,Yan Dou,Long Pan,ZhengMing Sun
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (2): 2711-2720 被引量:168
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c09639
摘要

MXenes are promising cathode materials for aqueous zinc-ion batteries (AZIBs) owing to their layered structure, metallic conductivity, and hydrophilicity. However, they suffer from low capacities unless they are subjected to electrochemically induced second phase formation, which is tedious, time-consuming, and uncontrollable. Here we propose a facile one-step surface selenization strategy for realizing advanced MXene-based nanohybrids. Through the selenization process, the surface metal atoms of MXenes are converted to transition metal selenides (TMSes) exhibiting high capacity and excellent structural stability, whereas the inner layers of MXenes are purposely retained. This strategy is applicable to various MXenes, as demonstrated by the successful construction of VSe2@V2CTx, TiSe2@Ti3C2Tx, and NbSe2@Nb2CTx. Typically, VSe2@V2CTx delivers high-rate capability (132.7 mA h g–1 at 2.0 A g–1), long-term cyclability (93.1% capacity retention after 600 cycles at 2.0 A g–1), and high capacitive contribution (85.7% at 2.0 mV s–1). Detailed experimental and simulation results reveal that the superior Zn-ion storage is attributed to the engaging integration of V2CTx and VSe2, which not only significantly improves the Zn-ion diffusion coefficient from 4.3 × 10–15 to 3.7 × 10–13 cm2 s–1 but also provides sufficient structural stability for long-term cycling. This study offers a facile approach for the development of high-performance MXene-based materials for advanced aqueous metal-ion batteries.
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