Performance investigation of Ti x N x−1O2 MXene (x = 2, 3, 4) as anode materials for Na-ion batteries by first-principles calculation

MXenes公司 材料科学 氮化物 碳化物 阳极 扩散阻挡层 离子 蚀刻(微加工) 最大相位 扩散 纳米技术 分析化学(期刊) 化学工程 图层(电子) 复合材料 物理化学 热力学 化学 有机化学 工程类 物理 色谱法 电极
作者
Wenshu Zhang,Jing Qu,XuDong Wang,Hao Huang,Man Yao
出处
期刊:Nanotechnology [IOP Publishing]
卷期号:33 (49): 495403-495403 被引量:1
标识
DOI:10.1088/1361-6528/ac8f99
摘要

Abstract The number of MXene layers plays a crucial role in their performance when they are used as anode materials for sodium-ion batteries. Herein, Ti-based nitride MXenes with different layers, Ti x N x −1 O 2 MXene ( x = 2, 3, 4) structures, were constructed to calculate the structural stability of their precursor, electronic properties after etching, and sodium storage behavior compared with the common Ti 2 CO 2 and Ti 3 C 2 O 2 MXene. First-principles calculations indicate that nitride MXenes possess a better rate capability than carbide MXenes of the same thickness. Moreover, the barrier for Na diffusion on the Ti 2 NO 2 MXene surface (0.114 eV) is lowest. Meanwhile, comparing the properties of three nitride MXenes with different thicknesses, Ti 2 NO 2 MXene performs relatively well with a high theoretical capacity with 756 mAh g −1 and a lower open circuit voltage of 1.1 V. In conclusion, the performance improvement of nitride MXene is not linear with thickness, because that of Ti 3 N 2 O 2 MXene is relatively weaker. This work lays the foundation for the feasibility of Ti 3 N 2 T x experimental preparation and provides corresponding evidence on the choice of MXene thickness. More attention should be paid to the etching method for Ti 2 NT x MXene.

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