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Chalcogenated-Ti3C2X2 MXene (X = O, S, Se and Te) as a high-performance anode material for Li-ion batteries
Applied Surface Science ( IF 6.3 ) Pub Date : 2020-01-01 , DOI: 10.1016/j.apsusc.2019.144221
Deqiao Li , Xianfei Chen , Pan Xiang , Haiying Du , Beibei Xiao
Applied Surface Science ( IF 6.3 ) Pub Date : 2020-01-01 , DOI: 10.1016/j.apsusc.2019.144221
Deqiao Li , Xianfei Chen , Pan Xiang , Haiying Du , Beibei Xiao
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Abstract Limited interlayer spacing and undesired surface functional group on Ti3C2 MXene surface impede the Li-ion accessibility and mobility, leading to inferior Li-storage capacity. Fine-tuning of the surface chemistry is considered as an effective approach to modulate the properties of solid surface and interface, which is extremely important for the two-dimensional (2D) electrode materials, where Li-ions residing on the surface. Herein, based on first-principle calculations, surface chalcogenation of Ti3C2 MXene, resulting in the formation of Ti3C2X2 (X = O, S, Se and Te), has been proposed to improve the electrochemical performance of Ti3C2 anode in Li-ion batteries. The results reveal that Ti3C2X2 exhibits metallic conductivity with improved mechanical strength, which renders enhanced rate performance and endures repeated lattice expansion and contraction during charge/discharge process, respectively. As compared to Ti3C2O2, Ti3C2S2 and Ti3C2Se2 render enhanced Li-ion storage and mobility with a theoretical Li storage capacity of 462.6 and 329.3 mA h/g and diffusion energy barrier of 0.25 and 0.15 eV, respectively. Moreover, chalcogenation yields expanded interlayer spacing, which improves the Li-ion accessibility in Ti3C2X2. The present study demonstrates that S- and Se- terminated Ti3C2 MXenes are promising anode materials with high capacity, low diffusion barrier and lower open circuit voltage (OCV) for next-generation Li-ion batteries.
中文翻译:
Chalcogenated-Ti3C2X2 MXene(X = O、S、Se 和 Te)作为锂离子电池的高性能负极材料
摘要 Ti3C2 MXene 表面有限的层间距和不需要的表面官能团阻碍了锂离子的可及性和迁移率,导致锂存储容量下降。表面化学的微调被认为是调节固体表面和界面性质的有效方法,这对于二维 (2D) 电极材料非常重要,其中锂离子位于表面。在此,基于第一性原理计算,提出了 Ti3C2 MXene 的表面硫属化,导致 Ti3C2X2(X = O、S、Se 和 Te)的形成,以提高锂离子电池中 Ti3C2 负极的电化学性能。结果表明,Ti3C2X2 表现出金属导电性和提高的机械强度,这使得倍率性能提高,并分别在充电/放电过程中承受重复的晶格膨胀和收缩。与 Ti3C2O2 相比,Ti3C2S2 和 Ti3C2Se2 具有增强的锂离子存储和迁移率,理论锂存储容量分别为 462.6 和 329.3 mA h/g,扩散能垒分别为 0.25 和 0.15 eV。此外,硫族化产生扩大的层间距,这提高了 Ti3C2X2 中锂离子的可及性。目前的研究表明,S 和 Se 封端的 Ti3C2 MXenes 是用于下一代锂离子电池的具有高容量、低扩散势垒和较低开路电压 (OCV) 的有前途的负极材料。Ti3C2S2 和 Ti3C2Se2 增强了锂离子存储和迁移率,理论锂存储容量分别为 462.6 和 329.3 mA h/g,扩散能垒分别为 0.25 和 0.15 eV。此外,硫族化产生扩大的层间距,这提高了 Ti3C2X2 中锂离子的可及性。目前的研究表明,S 和 Se 封端的 Ti3C2 MXenes 是用于下一代锂离子电池的具有高容量、低扩散势垒和较低开路电压 (OCV) 的有前途的负极材料。Ti3C2S2 和 Ti3C2Se2 增强了锂离子存储和迁移率,理论锂存储容量分别为 462.6 和 329.3 mA h/g,扩散能垒分别为 0.25 和 0.15 eV。此外,硫族化产生扩大的层间距,这提高了 Ti3C2X2 中锂离子的可及性。目前的研究表明,S 和 Se 封端的 Ti3C2 MXenes 是用于下一代锂离子电池的具有高容量、低扩散势垒和较低开路电压 (OCV) 的有前途的负极材料。
更新日期:2020-01-01
中文翻译:
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Chalcogenated-Ti3C2X2 MXene(X = O、S、Se 和 Te)作为锂离子电池的高性能负极材料
摘要 Ti3C2 MXene 表面有限的层间距和不需要的表面官能团阻碍了锂离子的可及性和迁移率,导致锂存储容量下降。表面化学的微调被认为是调节固体表面和界面性质的有效方法,这对于二维 (2D) 电极材料非常重要,其中锂离子位于表面。在此,基于第一性原理计算,提出了 Ti3C2 MXene 的表面硫属化,导致 Ti3C2X2(X = O、S、Se 和 Te)的形成,以提高锂离子电池中 Ti3C2 负极的电化学性能。结果表明,Ti3C2X2 表现出金属导电性和提高的机械强度,这使得倍率性能提高,并分别在充电/放电过程中承受重复的晶格膨胀和收缩。与 Ti3C2O2 相比,Ti3C2S2 和 Ti3C2Se2 具有增强的锂离子存储和迁移率,理论锂存储容量分别为 462.6 和 329.3 mA h/g,扩散能垒分别为 0.25 和 0.15 eV。此外,硫族化产生扩大的层间距,这提高了 Ti3C2X2 中锂离子的可及性。目前的研究表明,S 和 Se 封端的 Ti3C2 MXenes 是用于下一代锂离子电池的具有高容量、低扩散势垒和较低开路电压 (OCV) 的有前途的负极材料。Ti3C2S2 和 Ti3C2Se2 增强了锂离子存储和迁移率,理论锂存储容量分别为 462.6 和 329.3 mA h/g,扩散能垒分别为 0.25 和 0.15 eV。此外,硫族化产生扩大的层间距,这提高了 Ti3C2X2 中锂离子的可及性。目前的研究表明,S 和 Se 封端的 Ti3C2 MXenes 是用于下一代锂离子电池的具有高容量、低扩散势垒和较低开路电压 (OCV) 的有前途的负极材料。Ti3C2S2 和 Ti3C2Se2 增强了锂离子存储和迁移率,理论锂存储容量分别为 462.6 和 329.3 mA h/g,扩散能垒分别为 0.25 和 0.15 eV。此外,硫族化产生扩大的层间距,这提高了 Ti3C2X2 中锂离子的可及性。目前的研究表明,S 和 Se 封端的 Ti3C2 MXenes 是用于下一代锂离子电池的具有高容量、低扩散势垒和较低开路电压 (OCV) 的有前途的负极材料。