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楊樹(shù)斌/杜志國(guó)AEM：可控蝕刻Ti3SiC2生產(chǎn)用于超穩(wěn)定鋅離子電池的富氟疏水二維碳化鈦

MXene主要通過(guò)在含F(xiàn)水溶液中選擇性蝕刻MAX相來(lái)生產(chǎn)，由于其豐富的-O和-OH末端，通常表現(xiàn)出高度親水特性。然而，MXene的親水性可能會(huì)降低其在潮濕和水環(huán)境中使用時(shí)的耐用性和穩(wěn)定性。

在此，北京航空航天大學(xué)楊樹(shù)斌教授&杜志國(guó)副教授團(tuán)隊(duì)展示了一種新的蝕刻方法，通過(guò)在六氟化硫(SF₆)氣體中選擇性蝕刻Ti₃SiC₂中的Si來(lái)生產(chǎn)富氟MXene Ti₃C₂F_x。

在蝕刻過(guò)程中，SF₆能夠選擇性去除Si物質(zhì)，形成揮發(fā)性SiF4并與Ti₃C₂板的暴露表面有效反應(yīng)，得到Ti₃C₂F_x_?MXene，其-F末端分?jǐn)?shù)高達(dá)87 at.%，并且具有良好的疏水性。

圖1. Ti₃SiC₂、Ti₃C₂T_x、Ti₃C₂F_x的結(jié)構(gòu)表征

總之，該工作展示了一種SF₆氣體蝕刻方法，可在高溫下從Ti₃SiC₂中可控地去除Si，合成富氟MXene Ti₃C₂F_x。在蝕刻過(guò)程中，SF₆氣體可以選擇性地蝕刻Si物質(zhì)，形成揮發(fā)性SiF₄。隨后的表面功能化后，得到了富氟Ti₃C₂F_x?MXene，其-F端基含量高達(dá)87 at.%，具有高度疏水性。

所得Ti₃C₂F_x?MXene可以有效抑制水引起的副反應(yīng)并降低Zn成核能壘，在對(duì)稱(chēng)電池中提供1200小時(shí)的長(zhǎng)循環(huán)壽命和高達(dá)6.4 mA cm^-2的優(yōu)異倍率性能。

與NiHCF正極相結(jié)合，使用Ti₃C₂F_x/Zn負(fù)極的全電池表現(xiàn)出穩(wěn)定且長(zhǎng)的循環(huán)壽命。因此，基于新興MAX相系列的可控蝕刻方法將進(jìn)一步擴(kuò)展，以生產(chǎn)各種具有定制表面官能團(tuán)的MXene，有望在電子、儲(chǔ)能和電催化領(lǐng)域得到應(yīng)用。

圖2. 電化學(xué)性能

Controllable Etching of Ti3SiC2 to Produce Fluorine-Enriched, Hydrophobic 2D Titanium Carbide for Ultrastable Zinc Ion Batteries,?Advanced Energy Materials?2023 DOI: 10.1002/aenm.202300890

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