Improved synthesis of Ti3C2Tx MXenes resulting in exceptional electrical conductivity, high synthesis yield, and enhanced capacitance

MXenes公司 产量(工程) 电容 材料科学 电阻率和电导率 电导率 结晶学 分析化学(期刊) 纳米技术 物理化学 化学 冶金 物理 电极 量子力学 色谱法
作者
Ali Shayesteh Zeraati,Seyyed Alireza Mirkhani,Pengcheng Sun,Michael Naguib,Paul V. Braun,Uttandaraman Sundararaj
出处
期刊:Nanoscale [Royal Society of Chemistry]
卷期号:13 (6): 3572-3580 被引量:522
标识
DOI:10.1039/d0nr06671k
摘要

For the first time, an "Evaporated-Nitrogen" Minimally Intensive Layer Delamination (EN-MILD) synthesis approach is reported to synthesize exceptionally high quality MXene sheets. In the EN-MILD method, the concentrations of acids and Li-ions are continuously increased during the etching process. By implementing the EN-MILD approach, the electrical conductivity increases up to 2.4 × 104 S cm-1, which is the highest reported value to date for Ti3C2Tx MXenes (a traditional MILD approach results in a conductivity of 5.8 × 103 S cm-1). This significant improvement in electrical conductivity arises from the high quality of the synthesized MXene sheets as well as a larger flake size. The EN-MILD synthesis approach also offers high yield of delaminated single MXene layers (up to ∼60% after the first round of washing/centrifugation) and high colloidal concentrations (up to 31 mg ml-1). The working electrode prepared from free-standing MXene paper shows an exceptional capacitance of ≈490 F g-1 at 1 A g-1 in a supercapacitor, which is among the highest values reported for MXene-based supercapacitor electrodes. The exceptional electrical conductivity, high yield of delaminated MXene single layers, and high colloidal concentration of the EN-MILD approach significantly expand the applications of MXenes.
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