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二維Ti₃C₂T_xMXene材料因在超級電容器、鋰離子電池和鈉離子電池中表現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)電性和高體積容量而備受關(guān)注。鎂離子電池因價格低廉、安全性能好且理論體積能量密度大，已成為最有前景的鋰離子電池代替品之一。理論預(yù)測純Ti₃C₂有較強的Mg²⁺存儲性能。但迄今為止，實驗上還不能合成不帶表面官能團的MXene。已有研究顯示，二價鎂離子不能可逆地嵌入到Ti₃C₂T_x中，從而造成Ti₃C₂T_x MXene幾乎沒有儲鎂容量。因此，需要探索合適的實驗方法開啟MXene的鎂離子存儲性能。

近日，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所清潔能源實驗室研究員閻興斌課題組利用預(yù)先嵌入陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨CTAB方法改變MXene電子特性，使Ti₃C₂T_x MXene展示出較高的鎂離子存儲容量。研究人員對樣品進行了系統(tǒng)測試：陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉SDS和同樣烷基鏈長度的陽離子表面活性劑十二烷基三甲基溴化銨DTAB進行對比測試結(jié)果表明，表面活性劑均會增加MXene的層間距，但是僅陽離子表面活性劑對MXene的Mg²⁺存儲有促進作用。通過XPS和密度泛函理論計算方法發(fā)現(xiàn)，嵌入的CTA⁺陽離子降低了Mg²⁺在MXene表面的擴散勢壘，進而大大地提升了Mg²⁺在MXene層間的可逆嵌入/脫出性能。研究顯示，以MXene為正極的鎂電池在50mA·g^-1的電流密度下展示300mAh·cm^-3的高體積比容量和優(yōu)異的倍率特性。該研究賦予了MXene材料在電化學(xué)儲能領(lǐng)域的又一個新應(yīng)用，同時也為鎂電池的正極材料提供了新的選擇。

該研究結(jié)果近期在線發(fā)表在ACS Nano上。該研究得到了國家自然科學(xué)基金的資助。