JPS：碱处理介孔Fe2O3纳米球/MXene用于高效储锂

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       为了满足电动汽车和便携式电子设备的快速发展，锂离子电池（LIB）由于其能量密度大和使用寿命长而受到广泛关注。然而，传统的石墨阳极由于其理论容量低（372 mAh/g）而无法满足下一代LIB的增长需求。因此，探索具有高容量和循环稳定性的替代负极材料对于高性能LIB至关重要。

       由于过渡金属氧化物（TMO）的理论容量大，因此被认为是LIB中很有希望的负极材料。在各种TMO中，Fe₂O₃因其价格低廉，理论容量高（1007 mA h /g），储量丰富和具有无毒性而引起了广泛的关注。然而，它因为较差的电导率和在锂嵌入/脱出过程中体积的严重变化，导致严重的电极破坏和容量损失。为了克服这些问题，一种有效的策略是设计具有多孔纳米结构的TMO。这些多孔纳米粒子可以扩大电极与电解质之间的接触界面，并缩短Li+和电子的扩散路径。更重要的是，与大颗粒相比，多孔纳米结构可以减轻由于锂重复嵌入/脱出引起的机械应变。

       最近，天津大学范晓彬教授和张凤宝教授在国际知名学术期刊Journal of Power Sources上发表一篇题目为：Chemically-confined mesoporous γ-Fe₂O₃ nanospheres with Ti₃C₂T_x MXene via alkali treatment for enhanced lithium storage的研究论文，提出了一种简便的策略来制造新型的γ-Fe₂O₃@Ti₃C₂T_x复合阳极。 由于碱处理后，Ti₃C₂T_x MXene和γ-Fe₂O₃上的–OH基团均增加，介孔的γ-Fe₂O₃纳米球可以通过氢键的形成而容易地沉积在Ti₃C₂T_x MXene上。 由于导电网络以及Ti₃C₂T_x MXene和γ-Fe₂O₃之间的强协同耦合，所制备的复合电极对LIB具有超高的可逆容量和出色的循环性能。

图1. γ-Fe₂O₃@Ti₃C₂T_x复合材料的合成示意图

图2. Ti₃C₂T_x MXene，γ-Fe₂O₃纳米球和γ-Fe₂O₃@Ti₃C₂T_x复合材料的物理表征。

图3. 碱处理的γ-Fe₂O₃@Ti₃C₂T_x的电化学性能

图4. γ-Fe₂O₃/Ti₃C₂T_x和γ-Fe₂O₃@Ti₃C₂T_x电极材料的GITT曲线

      本文通过碱处理策略诱导氢键原位形成，来增强γ-Fe₂O₃@Ti₃C₂T_x复合材料的结构和界面稳定性。多孔γ-Fe₂O₃纳米团簇包裹在Ti₃C₂T_x中的形成的独特导电网络结构不仅可以有效地抑制γ-Fe₂O₃纳米团簇的体积变化，而且可以提高电极材料的电导率，从而确保电子的快速移动。因此，所制备的用于LIB的γ-Fe₂O₃@Ti₃C₂T_x负极具有出色的可逆容量和循环稳定性。