对具有高功率和较大能量密度的电池的需求不断增长,例如锂离子电池(LIBS)[1,2]。但是,由于锂离子电池中传统商业石墨阳极的容量仅为372 mA H g-1 [3],因此至关重要的是,识别具有较高能量密度,功率能力,成本效益,安全性,安全性和稳定性的新的阳极材料对商业能量存储的储存[4,5]。MXENE材料具有潜力,但仍有一些缺点和挑战[6]。与其他负电极材料相比,MXENE具有较低的特定能量,这需要更多的材料提供相同的容量,从而导致电池量较大[7]。在充电和放电周期期间,由于结构降解和固体电解质界面(SEI)膜的不可估力的形成,MXENE的能力逐渐降低[8]。没有什么,Mxene材料也具有许多有利的特性,例如
过渡金属碳化物(MXENES)是具有出色特性的新型2D纳米材料,对诸如储能,催化和能量转化等应用的有希望的显着影响。阻止MXENES广泛使用的主要障碍是缺乏在3D空间中组装MXENE的方法,而无需重大的恢复,从而降低了其性能。在这里,通过引入一种新型材料系统来成功克服这一挑战:在多孔陶瓷主链上形成的MXENE的3D网络。主干决定了网络的3D体系结构,同时提供了机械强度,气体/液体渗透性和其他有益特性。冻结铸件用于制造带有开放孔和受控孔隙率的二氧化硅主链。接下来,墨西哥流用于从分散体中将Mxene填充到主链中。然后将系统干燥以将孔壁与MXENE一起覆盖,从而形成一个相互连接的3D-MXENE网络。制造方法是可重现的,MXENE填充的多孔二氧化硅(MX-PS)系统是高导电性的(例如340 S m-1)。MX-PS的电导率受孔隙率分布,MXENE浓度和内部填充周期的数量控制。带有MX-PS电极的三明治型超电容器显示出极好的面积电容(7.24 f cm-2)和能量密度(0.32 MWH cm-2),仅添加了6%的MXENE MXENE质量。这种创建2D纳米材料的3D体系结构的方法将显着影响许多工程应用程序。
通过对电荷传递,状态的电子密度和相互作用系统的电荷密度差异的全面分析,进行了第一个原理计算,以研究CO在TI装饰的Cr 2 TIC 2 O 2 MXEN单层上的催化氧化。By comparing the reaction energy barriers, it is found that, rather than the traditional Langmuir–Hinshelwood, Eley–Rideal, and Mars-van Krevelen (MvK) mechanisms, the CO oxidation favours a new variant of the MvK mechanism, in which the anchored Ti atom activates the surface oxygen to spill over from the substrate and take part in the CO oxidation.这项工作强调了激活外国金属原子Mxene表面氧原子以改善催化活性的重要性,并建议进一步研究新的MVK氧化机制的CO氧化机制可能值得。
THz波段。具体而言,理想的阻抗匹配情况预测吸收效率的上限为50%,其中吸收体的方块电阻是自由空间阻抗的一半(Zo/2)[2]。此外,实现整个THz波段有效带宽覆盖的一个基本标准是自由电子的弛豫时间小于15fs。尽管如此,有证据表明,基于金属、石墨烯和拓扑绝缘体开发的吸收体通常仅在较窄的THz波段范围内实现高吸收,而不是在整个所需带宽内。因此,当前的研究人员在经典直流阻抗匹配模型的指导下,集中精力筛选广泛的候选材料,以解决THz波段有效吸收较窄这一长期存在的问题。
聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 泡沫作为下一代聚合物泡沫材料之一,表面粘附性差且功能有限,极大地限制了其潜在应用。制备具有多种功能的先进 PDMS 泡沫材料仍然是一项关键挑战。在这项研究中,报道了前所未有的自粘性 PDMS 泡沫材料,该材料具有蠕虫状粗糙结构和反应性基团,用于通过简便的硅胶发泡和浸涂策略以及随后的硅烷表面改性来制造用 MXene/纤维素纳米纤维 (MXene/CNF) 互连网络装饰的多功能 PDMS 泡沫纳米复合材料。有趣的是,这种自粘性 PDMS 泡沫与混合 MXene/CNF 纳米涂层产生强的界面粘附力。因此,优化的PDMS泡沫纳米复合材料具有优异的表面超疏水性(水接触角≈159o)、可调的电导率(10-8至10Sm-1)、在宽温度范围(-20至200oC)和复杂环境(酸、钠和碱条件)中稳定的压缩循环可靠性、出色的阻燃性(LOI值> 27%且产烟率低)、良好的隔热性能和在各种应力模式和复杂环境条件下可靠的应变感应。它为合理设计和开发具有多功能性的先进PDMS泡沫纳米复合材料提供了新途径,可用于智能医疗监控和防火隔热等各种有前景的应用。
室温钠硫 (RT Na-S) 电池具有高理论能量密度和低成本的特点,最近因潜在的大规模储能应用而受到广泛关注。然而,多硫化钠的穿梭效应仍然是导致循环稳定性差的主要挑战,这阻碍了 RT Na-S 电池的实际应用。在此,设计了一种多功能混合 MXene 中间层以稳定 RT Na-S 电池的循环性能。混合 MXene 中间层包括大尺寸的 Ti 3 C 2 T x 纳米片内层,随后是玻璃纤维 (GF) 隔膜表面的小尺寸 Mo 2 Ti 2 C 3 T x 纳米片外层。大尺寸的 Ti 3 C 2 T x 纳米片内层为可溶性多硫化物提供了有效的物理阻挡和化学限制。小尺寸的 Mo 2 Ti 2 C 3 T x 外层具有出色的多硫化物捕获能力,并加速了多硫化物转化的反应动力学,这是由于其优异的电子电导率、大的比表面积和富含 Mo 的催化表面。因此,采用这种混合 MXene 夹层改性玻璃纤维隔膜的 RT Na-S 电池在 1 C 下在 200 次循环中提供稳定的循环性能,容量保持率提高了 71%。这种独特的结构设计为开发高性能金属硫电池的基于 2D 材料的功能夹层提供了一种新颖的策略。
二维早期过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物 (MXenes) 家族规模庞大且发展迅速,引起了材料科学和材料化学界的极大兴趣。MXenes 被发现仅十多年前,已在从储能到生物和医学等各种应用领域展现出巨大潜力。过去两年来,人们在研究 MXenes 用作润滑剂添加剂、复合材料中的增强相或固体润滑涂层时的机械和摩擦学性能方面进行了越来越多的实验和理论研究。尽管对 MXenes 在干燥和润滑条件下的摩擦和磨损性能的研究仍处于早期阶段,但由于 MXenes 具有出色的机械性能和化学反应性,使其能够适应与其他材料结合,从而提高其摩擦学性能,因此该领域的研究取得了快速发展。从这个角度来看,我们总结了 MXene 摩擦学领域最有希望的成果,概述了未来需要进一步研究的重要问题,并提供了我们认为对专家以及 MXenes 研究新手(特别是新兴的 MXene 摩擦学领域)有用的方法建议。
摘要 储能设备(ESD)包括电池和超级电容器,在向可再生能源未来的过渡中正变得越来越重要,因为它们能够将间歇性可再生能源整合到电网中,并在停电期间提供备用电源。目前已经有关于各种储能材料和系统的综述。然而,在实际需求的各个方面,经济实惠、高效的 ESD 的商业化方面,选择合适的材料和制造技术的挑战尚未确定。因此,我们意识到,对新开发的二维 (2D) MXenes 基储能电极和通过适当先进的 3D 打印技术制造的设备进行综述是当务之急,并将能够吸引相关领域的广大受众。MXenes 是一类具有层状结构的 2D 材料,由于其
Xin Liu 1,2 , Alei Dang 1,2 *, Tiehu Li 1,2 *, Yiting Sun 1,2 , Weibin Deng 1,2 , Tung-Chun Lee 3 , Yong Yang 1 ,
摘要 电池和超级电容器已成为下一代储能技术的有希望的候选者。新型二维 (2D) 电极材料的快速发展预示着储能设备新时代的到来。MXenes 是一种新型的层状二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物,由于其优异的电导率、电化学和亲水性能、大的表面积和吸引人的拓扑结构而备受关注。本综述重点介绍了使用和不使用蚀刻剂(如氢氟酸、氟化锂和盐酸)去除 MAX 相的“A”层来制备碳化钒 MXenes 的各种合成方法。目标是展示利用毒性较小的蚀刻方法来实现与传统方法制备的 MXenes 具有可比性能的 MXenes。本综述还讨论了插层对 MXene 层之间高层间距的影响以及 MXenes 作为超级电容器和电池电极的性能。最后,讨论了目前对碳化钒 MXenes 在合成、可扩展性和在更多储能设备中的应用方面的知识存在的差距。