研究摘要

室温下路易斯酸熔融盐环境可以实现无氟无水的MXenes的电化学制备。北京科技大学李建玲教授、清华大学康飞宇教授研究团队在《ACSAppliedMaterialsInterfaces》发表研究成果，阐明了有机离子液体铝离子电池中V2AlCMAX的负极反应，并确定了Al与V金属原子的提取电压*（extractionvoltage），为MXene的常压电化学制备指明方向。一体化的制备-应用过程可以防止MXene与水和空气的接触，并且在铝电池中刻蚀得到的MXene更有利于Al3+的嵌入与脱嵌。因此，E-V2AlC在铝电池中表现出优异的电化学性能。在0.01–2.3V（vs.Al/Al3+）的电压窗口范围内，mAg-1的电流密度下循环6次之后能够保留mAhg-1的放电比容量。此外，对储能机理进行了系统研究，从动力学角度阐明了优异电化学性能背后的原因。

图文导读

图1.MAX相的电化学刻蚀机理。

图2.V2AlC在铝电池中的电化学性能。

图3.V2AlC在不同电压范围下循环次之后的SEM图像。

图4.E-V2AlC在铝电池中的电化学刻蚀与电化学性能。

图5.E-V2AlC的SEM和TEM图像。

图6.V2AlC与E-V2AlC的XRD与XPS表征。

图7.E-V2AlC在铝电池中赝电容行为与动力学研究。

总结

研究表明，在电化学刻蚀过程中，V2AlC中Al的“刻蚀”电位在2.2-2.3V之间，当电压超过2.4V时，V原子层的结构就会被破坏，因此对电位的精准控制在该方法中至关重要。同时，这种方法也适用于Ti3AlC2与Nb2AlCMAX相材料，在2.2V就可以实现Al的去除。值得一提的是，若想实现MAX相中Al原子层的完全刻蚀，则需要对刻蚀电压进行精准的控制。在充放电的过程中，Al3+的嵌入与脱嵌导致了V元素化合价的变化，从而提升表面赝电容。同时，Al3+的扩散过程也提供了一部分的容量。该工作为MXene的电化学原位及其在Al基电池中的应用提供了新的思路。

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