近日，课题组张冬婷博士等在二维材料储能领域取得新进展，以题“Boosting the alkali metal ions storage performance of layered Nb₂C with a molecular welding strategy”发表于国际能源顶级期刊Nano Energy (IF:19.069，中科院一区)上。

MXenes由于高的金属电导率、典型的二维层状结构和丰富的表面官能团等特点，被广泛研究用于离子嵌入型储能材料。然而作为典型的离子插入型储能材料，MXenes存在着层状结构易于堆叠、离子嵌入过程体积膨胀明显、离子扩散速率缓慢等缺点。特别是对于半径较大的 Na⁺、K⁺等碱金属离子，缓慢的离子扩散速率和显著的体积膨胀严重限制了MXenes的储能倍率和循环稳定性。鉴于此，本课题组创造性提出了分子焊接法，实现了Nb₂C-MXene层间距的可控扩大和层结构稳定性的提高。通过1,3,5-苯三甲酸(BTC)分子中的羧基与氨基功能化Nb₂C表面的-NH₂基发生脱水缩合形成酰胺键，将BTC分子焊接插层于在Nb₂C层间，形成BTC分子焊接插层Nb₂C复合材料(Nb₂C/BTC)。焊接插层的BTC分子对Nb₂C二维层状结构具有柱撑和牵引的双重作用。柱撑作用能够扩大Nb₂C的层间距并阻止碱金属离子脱出时Nb₂C层间距的减小，防止体积收缩；而牵引作用则可阻止碱金属离子嵌入时Nb₂C层间距的过度扩张，防止体积膨胀。实验结果证明：BTC分子焊接不仅扩大了Nb₂C的层间距，而且显著提升了其层结构稳定性，从而有效改善了碱金属离子的存储倍率和循环稳定性。本文报道的有机分子焊接为设计高倍率和超长循环寿命的二维储能材料提供了新策略。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107795

该项工作得到了国家自然科学基金（No.52062030）、青海省应用基础研究（No. 2021-ZJ-737）、兰州理工大学红柳优秀青年人才支持计划等项目的支持。