原子级Sn离子修饰促进钒基MXene储锂

【研究背景】
   二维材料已经引起广泛关注，尤其是在电化学储能领域。由于石墨烯的成功，MXenes(二维过渡金属碳化物/氮化物)有望成为锂离子电池(LIBs)和电容器最有前途的候选材料之一，因为它具有可控制的化学成分和独特的结构和电子特性。近年来，原位X射线吸收精细结构(XAFS)成为研究锂离子嵌入/脱出机制的适宜技术。尤其XAFS可以测定金属原子的动态价态变化，以及材料在电化学反应过程中的真实结构演变。

【文章简介】
   中国科学技术大学国家同步辐射实验室宋礼课题组在离子修饰MXene的研究中发现Sn4+离子修饰的V2C具有超高的锂离子存储性能。
离子插层是提高二维材料储能性能的重要途径。MXene这种层状夹层的动态储能过程十分重要，但由于缺乏有效的操作方法，仍然是一个挑战。本文展示了一种独特的原子Sn4+修饰的碳化钒(V2C) MXene，它不仅具有高度增强的锂离子电池(LIB)性能，而且由于层间空间的扩展和V-O-Sn键的形成，具有优异的速率和循环稳定性。结合原位测试，建立了原位x射线吸收精细结构测量方法，探讨了V2C@SnMXene电极在LIBs中的动态机制。原位测试结果清楚地揭示了钒(V)、锡(Sn)的价态变化，以及氧(O)原子在充放电过程中的贡献，证实了它们对锂存储容量的贡献。并且进一步对插层MXene电极的稳定性进行了原位研究，证明了V-O-Sn键的关键作用。
   该文章发表在知名期刊 Advanced Energy Material上，题目为：Atomic Sn4+ Decorated into Vanadium Carbide MXene Inter layers for Superior Lithium Storage

【图文导读】

图一为合成过程、表面形貌表征和静态光谱研究

图二为V₂C@Sn电化学性质

图三为V₂C@Sn电极的原位光谱研究

图四为V2C@Sn电极的原位吸收精细结构谱
 
【文章总结】
    本文设计并成功合成了Sn4+插入的V2C MXene，其002取向晶格间距增加约19A，并形成V-O-Sn键。结合常规的表征方法，采用原位XAFS和Raman测量方法对锂的存储机理进行了探讨。本文原位x射线衍射(ex - situ XRD)结果证明了V2C夹层在锂离子嵌入/脱出过程中的膨胀和收缩。吸收精细结构谱表明O对锂离子的存储有积极作用而F有消极的作用。更深入地说，我们对V、Sn原位XAFS和Raman的表征清楚地表明了Sn和V原子可逆的电化学活性，从而获得了优异的LIB容量和循环能力。这些结果不仅为更好地理解基于MXenes的电极的动态工作过程提供了有用的见解，而且也证明了传统原位表征和原位光谱技术的结合对今后的原位研究具有积极的意义。

消息来源：微信公众号 MXene Frontier