南航大：Ti3C2Tx

　　成果简介

　　在环境温度下进行电化学二氧化碳转化是一种同时提供连续电源和生产有用化学物质（如碳酸盐）的有效途径。通过合理的形貌和结构设计，采用刚性催化剂，克服了反应动力学缓慢的缺点，并有助于延长Li-CO2电池的循环寿命。

　　本文，南京航空航天大学彭生杰教授团队在《ACS NANO》期刊发表名为“Hierarchical Ti3C2Tx MXene/Carbon Nanotubes for Low Overpotential and Long-Life Li-CO2 Batteries”的论文，研究采用自牺牲模板法制备了二维Ti3C2Tx-MXene/碳异质结构，在0.2a·g-1下获得了1.38 V的超低过电位。该异质结构继承了Ti3C2Tx-MXene的高催化性能和优异的性能碳材料的稳定性促进了CO2的吸附，加速了碳酸锂的分解，原位和非原位表征及密度泛函理论计算证实了这一点。具有大表面积的管状结构可提供高耐久性和长循环寿命，并确保气体、电解液和电极之间的良好接触。

　　图文导读

　　图1.（a）MNT合成路线的示意图。（b–d）SEM图像，（e，f）HRTEM图像和（g）元素映射，显示了MNT的C，O和Ti分布。

　　图2.（a）XNT模式和（b）在MNT和MNS的空气气氛下收集的TGA曲线。（c）N 2吸附-MNT，MNS和CNT的解吸等温线。（d）MNT和MNS的C 1s，（e）F 1s和（f）Ti 2p X射线光电子能谱。

　　图3.使用（a）MNT和（b）MNS作为催化剂的Li-CO2电池的恒电流曲线。

　　图4.使用MNT作为催化剂的Li-CO 2电池的反应机理。

　　图5.正常工作的Li-CO 2电池和DFT计算的示意图

　　小结

　　综上所述，通过静电纺丝和模板法合成了坚固的二维MXene/碳异质结构，形成了平行排列的纳米管。所制备的MNT作为Li-CO2电池的催化剂，其异质结构和纳米管形态的协同效应提供了超高的催化性能和优异的稳定性，优于MNS和CNT。DFT计算证实了Ti3C2Tx-MXene与石墨烯之间的相互作用，这提供了一个改进的局域电荷分布，可以促进催化作用。此外，这种管状结构支持了CO2气体、电解质和电极之间的良好接触，进一步改善了反应动力学，防止了Li2CO3的团聚。这项工作有望为进一步研究利用高效催化剂转化二氧化碳提供清洁能源和缓解全球变暖问题以实现更绿色的未来提供帮助。

　　导师介绍：

　　彭生杰 南京航空航天大学教授，博士生导师，入选江苏省特聘教授、江苏省“双创人才计划”、江苏省“六大人才高峰”高层次人才、南航首批“长空学者”，主持江苏省杰出青年基金获得者、国家自然基金面上项目、中央高校基本科研业务费和南京留学人员科技创新项目。2010年于南开大学取得博士学位，导师陈军院士。随后分别加入南洋理工大学 Prof. Yan Qingyu 和新加坡国立大学 Prof. Seeram Ramakrishna（英国工程院院士）课题组进行博士后研究。

　　近十年来，申请人一直从事微纳米结构及新型功能材料的设计、合成及其电化学储能与催化研究，取得了一系列创新性科研成果。已在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.和Adv. Mater. 等发表 SCI 论文 110余篇，研究成果受到国际国内同行的广泛关注，所发表论文被 SCI 期刊论文正面引用或大篇幅图文并茂重点介绍 7000余次，H-index 47

　　文献：

　　举报/反馈