...网的纳米限制拓扑化学转化为锂硫电池的电催化剂

发布网友发布时间：2024-05-09 14:40

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热心网友时间：2024-06-06 17:33

革新之路：MXene到超薄TiN纳米网的电催化转换，点亮锂硫电池的高效未来

二维非层状材料（2DNLMs）以其独特的表面活性和晶格扭曲，引领着催化与电催化领域的前沿探索。然而，其可控合成一直是挑战。本文突破这一瓶颈，通过创新的纳米限制拓扑化学转化技术，成功构建了一种超薄的碳包覆氮化钛纳米网（TiN NM@C），其卓越性能解决了锂硫电池（LSBs）中电催化性能的瓶颈问题。

TiN NM@C的独特之处在于其超薄二维结构，均匀分布的孔隙赋予了丰富的活性位点和快速的电荷传输路径，从而展现出卓越的电催化性能。在实际应用中，这种电催化剂显著提升了LSBs的倍率性能，例如，在10 C时，其表现高达304 mAh g-1，远超过采用嵌入碳纳米片（TiN NPs@C）作为基础的TiN纳米颗粒。令人惊叹的是，即使在高硫负载（7.3 mg cm2）和高电流密度（6.1 mA cm2）的条件下，这种电极仍能保持5.6 mAh cm2的高峰面积容量，显示出极高的稳定性。

图1揭示了这一转化过程的巧妙路径：从Ti3C2Tx@PDA纳米片出发，经过精心设计的热处理步骤，最终形成超薄TiN NM@C。XRD、SEM、TEM以及HRTEM和HAADF-STEM图像展示了其精细结构和特性，展示了纳米限制拓扑化学转化策略的精确控制。

从MXene到TiN纳米网的合成工艺在图3中逐步呈现，PDA的使用不仅抑制了Ti3C2Tx的聚集，还为二维空间内超薄TiN的生长提供了限制。关键的热处理参数，如氨气的加载时间和氨化温度，对于纳米网的形成至关重要。通过精心调控，超薄TiN NM@C的优越性能得以实现。

实验结果表明，TiN NM@C作为LSB的电催化剂，其在不同速率下的充放电曲线显示出了优异的稳定性，如图4所示。在4℃下，高硫负载的电池在长时间循环中仍能保持稳定的容量，证明了其在实际应用中的持久性。此外，通过对比TiN NM@C和TiN NPs@C，TiN NM@C的优越性能无疑使其在TMN电催化剂中脱颖而出。

总结来说，这项研究开创了一种便捷且可控的合成方法，为2DNLMs电催化剂的制备提供了新的途径。超薄TiN NM@C的电催化性能在锂硫电池中展现出了巨大的潜力，为快速充电和高效能量存储技术开辟了新的可能性。未来，这一研究将助力能源存储领域的创新，推动绿色能源的发展。