In Situ Insights into Anisotropic Lithiation and Superior Electrochemical Stability of Nitridated Mo 2 N MXene

材料科学 原位 X射线吸收光谱法 氮化物 过渡金属 光谱学 密度泛函理论 同步加速器 纳米技术 电化学 表征(材料科学) 透射电子显微镜 扫描透射电子显微镜 化学物理 碳化物 电子能量损失谱 吸收光谱法 扩展X射线吸收精细结构 结构稳定性 MXenes公司 化学工程 X射线吸收精细结构 各向异性 金属 吸收(声学) 能量色散X射线光谱学 纳米结构 同步辐射 工作(物理)
作者
Yuyang Cao,Hanchen Xu,Quan Zhou,Wei Jiang,Shiqiang Wei,Shuangming Chen,Chuanqiang Wu,C. Wang,L. Song
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:22 (9): e13189-e13189 被引量:1
标识
DOI:10.1002/smll.202513189
摘要

ABSTRACT Layered metal nitrides derived from 2D transition metal carbides or nitrides (MXenes) represent a new class of materials with unique structural features and electrochemical properties. Despite growing interest, the fundamental understanding of their structural evolution and lithiation mechanisms remains limited due to lack of in situ characterization studies. Herein, we synthesize layered Mo 2 N via one‐step nitridation of Mo 2 C MXene, systematically probing its structural evolution using synchrotron spectroscopy and in situ electron microscopy. X‐ray absorption fine structure (XAFS) spectroscopy quantitatively revealed the differences in the coordination environment during the nitridation process, with Mo─Mo coordination number decreasing from 6.1 to 4.8. In situ transmission electron microscopy (in situ TEM) provided direct visualization of anisotropic volume evolution during lithiation/delithiation in Mo 2 N, showing unidirectional expansion of only 24% along the c ‐axis. Combined with density functional theory (DFT) calculations, the distinct lithiation/delithiation pathways are elucidated in Mo 2 N, revealing a reduced energy barrier of 0.1525 eV compared to 0.1584 eV in Mo 2 C. The preserved layered architecture and atomic structure synergistically enabled Mo 2 N to achieve 92.48% capacity retention after 1000 cycles. This work establishes a comprehensive methodology combining photon and electron probe techniques for structural analysis of MXene derivatives, providing fundamental insights into structure‐property relationships in layered nitrides.
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