二維Ti3C2TxMXene材料因在超級(jí)電容器、鋰離子電池和鈉離子電池中表現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)電性和高體積容量而備受關(guān)注。另一方面，鎂離子電池因價(jià)格低廉、安全性能好且理論體積能量密度大，已成為有前景的鋰離子電池代替品之一。理論預(yù)測(cè)純Ti3C2有較強(qiáng)的Mg2+存儲(chǔ)性能，但是迄今為止，實(shí)驗(yàn)上還不能合成不帶表面官能團(tuán)的MXene，現(xiàn)有的研究顯示二價(jià)鎂離子不能可逆地嵌入到Ti3C2Tx中，從而造成Ti3C2TxMXene幾乎沒(méi)有儲(chǔ)鎂容量。因此，需要探索合適的實(shí)驗(yàn)方法開(kāi)啟MXene的鎂離子存儲(chǔ)性能。

中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所清潔能源實(shí)驗(yàn)室閻興斌研究員課題組利用預(yù)先嵌入陽(yáng)離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨CTAB的方法改變MXene的電子特性，使得Ti3C2TxMXene展示出較高的鎂離子存儲(chǔ)容量。這項(xiàng)研究賦予了MXene材料在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域的又一個(gè)新應(yīng)用，同時(shí)，也為鎂電池的正極材料提供了新的選擇。

研究人員對(duì)樣品進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試：用陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉SDS和同樣烷基鏈長(zhǎng)度的陽(yáng)離子表面活性劑十二烷基三甲基溴化銨DTAB進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，結(jié)果表明，表面活性劑均會(huì)增加MXene的層間距，但是僅陽(yáng)離子表面活性劑對(duì)MXene的Mg2+存儲(chǔ)有促進(jìn)作用。通過(guò)XPS和密度泛函理論計(jì)算方法發(fā)現(xiàn)嵌入的CTA+陽(yáng)離子降低了Mg2+在MXene表面的擴(kuò)散勢(shì)壘，進(jìn)而大大地提升了Mg2+在MXene層間的可逆嵌入/脫出性能。結(jié)果顯示，以MXene為正極的鎂電池在50mAg-1的電流密度下展示300mAhcm-3的高體積比容量和優(yōu)異的倍率特性。該研究結(jié)果近期在線發(fā)表在ACSNano(DOI:10.1021/acsnano.8b00959)上。

以上工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的資助和支持。