AFM原位技术研究MXenes电极的充电机制及结构力学行为

　　十年前MXenes的发现为高速率储能应用开辟了新的研究方向和宝贵的机会。MXenes能够承载各种单价和多价阳离子的独特能力，以及它们在不同电解质环境（包括水、有机和离子液体溶液）中的高稳定性，促进了先进MXenes基电极的快速发展，适用于各种应用。与绝大多数典型的插层化合物不同，MXene电极的电化学性能受到共插溶剂分子的强烈影响，而传统的电流电位电化学测量无法检测到溶剂分子。此外，离子电化学插入MXene间隙导致极化MXene电极的结构、尺寸和粘弹性变化发生强耦合。为了阐明MXene系统的充能机制及其相关现象，近年来人们提出了使用各种实时监测技术。本文综述了原位研究中有关Ti3C2Tx电极充电机制及其电位诱导的结构和力学现象的重要发现。
　　图文简介
　　Ti3C2Tx电极在a）中性标准1m水溶液（虚线）和浓缩电解质中典型的CV和GCD图b）酸性水电解质和c）非水电解质溶液中。
　　酸性环境中MXene电极的原位表征。a）i）Ti3C2Tx电极在1mH2SO4中正负极化时记录的Tik边XANES谱ii），Ti边能随外加电位的变化。b）Ti3C2Tx电极在0。1mHCl中循环时原位拉曼光谱记录的波数i）和峰强度ii）的变化，iii）5个循环期间记录的光谱变化。经允许转载。c）1mH2SO4中MXene电极的原位XRD分析：i）CV响应，ii）充放电过程中收集的XRD图，iii）d间距随施加电位的相应变化。d）1mH2SO4溶液中MXene电极的原位EQCM测量：i）计算插入质子的水化数和总离子群ii）作为电位的函数，iii）与H相关的离子通量（红色）和总离子通量（蓝色）与电位的关系。
　　中性电解质溶液中MXene电极的原位表征：a）在1mKOH和MgSO4溶液中循环的Ti3C2电极的原位XRD谱。经允许转载。b）在各种水电解质中的AFM原位测量中记录的cv和相对电极变形。c）i）原位EQCMD结果显示Li、Mg2和Al3离子插入提取到MXene薄膜时频率和耗散的变化（理论频率变化由虚线表示）。相应的cv显示在ii）各种研究离子的插入阳离子与共插入水分子的计算比率（指定为Mw）旁边；d）EQCM获得的MXene颗粒的原位形态表征。图（i）和（ii）显示了有效电极厚度h和渗透长度的相关变化，以及各种单价和二价离子获得的cv；e）Ti3C2Tx电极在0。5mNa2SO4中循环时，原位拉曼光谱记录的波数（i）和峰值强度的变化，iii）5个循环期间记录的光谱变化，iv）提出的充电机制的原子描述。
　　MXene电极在非水电解质溶液中的原位表征：a）MXene电极在含1mLiPF6的ACN、DMSO和PC溶液（分别为ii、iii、iv）中循环伏安图（i）和用原位XRD测量的相应d间距变化；（b）i）熔融盐合成制备Ti3C2Tx颗粒的CV响应和原位XRD谱ii）；c）在EMIMTFSI中循环过程中收集的Ti3C2电极的原位XRD光谱（i）和循环伏安图（ii）；d）在i）EMIMTFSI和ii）BMIMBF4离子液体中，通过原位膨胀法测量的MXene电极在正负电位扫描时的位移变化。
　　论文信息
　　原文链接：
　　https：onlinelibrary。wiley。comdoifull10。1002aenm。202203154
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