易坊好文馆

  1. 首页 > 奇闻 >

双过渡金属 MXene (TixTa4?xC3) 2D 材料作为锂离子电池的负极( 二 )

纳米 电化学 x光 拉曼


图2



钛和钽合金的X射线衍射图 。
图3



合成双金属(a)TixTa(4–x)AlC3 MAX相的X射线衍射图 ， 红色；(b)TixTa(4?x)C3 MXene ， 蓝色 。
合成的双金属TixTa(4-x)AlC3 MAX相及其相应的铝蚀刻TixTa(4-x)C3 MXene相的拉曼光谱在（图S1）中给出 。 由于TiTa、Al和C32、67、68、69 ， 拉曼活动模式从ω3到ω10 。 模式ω3、ω6、ω9是由于中间层元素“铝”造成的 ， 由于铝与其低级原子（O、F、OH）的交换或在HF蚀刻过程中的去除而受到抑制 。
由于Al蚀刻 ， 振动模式ω4和ω7已经完全转变为较低的波数 ， 因为晶格参数“c”的值增加了 。 此外 ， 光谱中几乎没有未识别的活动模式 ， 这可归因于MXene相中Ti和Ta原子的相互作用以及面外振动70 。 此外 ， 还进行了XPS元素分析以研究合成的MXene样品的氧化态和化学成分 ， 如（图4）所示 。 在全扫描调查中可以看到由于钛(Ti)、钽(Ta)、铝(Al)和氧(O)元素的存在而产生的不同峰 。 钽和其他元素的结合能与现有报告27、32、71是同步的 。 Al区域中TixTa(4?x)C3MXene片的全扫描光谱证实 ， 合成材料在HF蚀刻工艺后不含铝（图4a） 。 Ta 4f的光谱 。 区域通过以下4f5/2和4f7/2分量拟合 ， 这些分量对应于元素Ta金属及其氧化物TaO2（红色） ， 它们是两个主要物种 。 Ta 4f5/2（黑色）和Ta4f7/2（绿色）的结合能分别在25.9和23.8 eV左右 ， 表明钽处于碳化物环境中（图4b） 。 TaO2具有可能由MXene片材的表面氧化引起的弱峰 。 Ti 2p光谱的去卷积光谱由四组双峰组成 ， 对应于元素金属的2p3/2(IV)和2p1/2(IV)和钛的氧化态（图4c） 。 在大约454.2和463.1 eV处的主要Ti 2p3/2峰分别归属于金属Ti和Ti4+态 。 在碳的去卷积光谱中 ， 284.6 eV、283.3 eV和283.7 eV处的远峰是由石墨Sp2碳引起的（图4d） 。
图4

【双过渡金属 MXene (TixTa4?xC3) 2D 材料作为锂离子电池的负极】

合成双金属TixTa(4?x)C3的全扫描测量和解卷积XPS光谱(a)合成MXene的全扫描测量(b) Ti的解卷积光谱 ， (c) Ta的解卷积光谱 ， (d)解卷积的光谱C谱
合成的双金属TixTa(4?x)AlC3 MAX相和MXene样品的FE-SEM图像如图5所示 。 图像显示合成的MAX相的形态呈层状固体结构（图5a）-C） 。 还观察到少量纳米层状结构 ， 这可归因于样品中存在其他杂质相 。 而MXene样品显示 ， 这些层在蚀刻过程中被剥离（图5d-f） 。 对于MAX相和MXenes ， 在10 μm的更高放大倍率下 ， 两种形态看起来相似 。 当放大倍率降低到5 μm和2 μm时 ， 由于MAX相具有层状固体结构 ， 而蚀刻的MXene具有由于蚀刻工艺而具有表面粗糙度的剥离层状结构 。 此外 ， 图6a-l中给出了MAX相和MXene的TEM显微照片 ， 其中MAX相和MXene都表现出层状结构和足够薄的排列以电子透明；随着层数的增加 ， 这移动到更暗的阴影 。 值得注意的是 ， 由于在HF蚀刻过程中去除了Al原子 ， MXene在(004)面的d间距从0.329 nm增加到0.337 nm ， 这与从XRD数据计算的d间距非常吻合 。 如（图6e ， k）所示 ， 与MAX相相比 ， MXene样品的表面由于蚀刻过程中的表面功能化而粗糙 。 在Morgiel等人之前 ， 理解位错和扭结带非常困难 。 在他们的出版物“1996年Ti3SiC2基陶瓷的微观结构”72中对其进行了描述 。 由两个位错段形成的偶极子在层状固体和其他材料中很常见 ， 如MAX相73和云母74 。 从MAX相和MXene的FE-SEM和TEM图像可以明显看出 ， 样品具有扭结带（图5i） 。 由于扭结是一种屈曲 ， 因此孔隙率会增强扭结效应7576 。 扭结带在一定程度上有利于电化学性能7778 。 如（图6f ， i）所示 ， 在MAX相的情况下 ， HRTEM图像由于三层固体行为而处于较暗的阴影中 ， 但在MXene样品的情况下它可以清楚地区分 ， 因为由于差异而存在不同的阴影由于在蚀刻过程中去除铝而获得的厚度和间距 。
图5



双金属(a-c)TixTa(4-x)AlC3 MAX相和(d-f) TixTa(4-x)C3 MXene在不同放大倍率下的FE-SEM图像 。


图6双金属TixTa(4-x)AlC3MAX相(a-f)和TixTa(4-x)C3MXene (g-l)的TEM显微照片 。
为了了解样品的热行为 ， 从RT到1200 °C进行了热重分析 。 分析结果在（图7）中给出 ， 它显示由于其他杂质/混合相的损失 ， MAX相的重量损失很大 ， 而另一方面 ， 在MXene样品的情况下 ， 重量损失较少 。 在MAX相中 ， 样品在650 °C之前具有相同的行为 ， 然后从650到900 °C出现巨大的重量损失 ， 这可能是由于TiO2分解和/或由于TaC或TiC纳米晶体的形成 ， 这在以MXene样品为例 ， 其减重模式与现有的MXene文献67、79、80、81、82、83一致 。

推荐阅读


上一篇：盘点那些曾经出现在地球上的巨型生物，你了解多少

下一篇：蚂蚁原来是这样繁衍后代的？