具有超高理论能量密度的锂-氧（Li-O₂）离子电池（LOBs）已成为下一代候选储能技术。不幸的是，LOBs存在的一些基本问题仍然没有得到解决，包括高过电位过高和较差的倍率性能，这主要是由正极反应动力学迟缓和寄生反应引起。因此，寻找能够有效催化氧氧化还原反应并消除副产物生成的合适电催化剂成为LOBs发展的当务之急。

基于此，苏州大学杨瑞枝教授，孙靖宇教授，Chaohui Wei，Haibo Wang报道了提出了一种简便、通用的合成策略来制备一系列温和氧化的Mxene（mo-Nb₂CT_x、mo-Ti₃C₂T_x和mo-V₂CT_x），作为一种可行的LOBs双功能电催化剂。

文章要点

1）一步水热腐蚀不仅能有效地将MXene片层剥离，而且能在表面形成金属氧化物，使MXene发生轻微的原位氧化。这些金属氧化物对MXenes的固有电导率的破坏可以忽略不计，此外，它们可以减少不利末端基团的比例，并诱导MXene层增强的催化性能。此外，金属氧化物的生成进一步扩大了MXenes的层间距，为ORR/OER提供了更多的活性空间。

2）所制备的mo-MXenes可直接用作LOBs中正极的电催化剂，表现出较高的放电容量和优异的循环性能，特别是在大电流密度下表现出更好的循环性能。mo-Nb₂CT_x、mo-Ti₃C₂T_x和mo-V₂CT_x在100 mA g⁻¹时的比容量分别为13941、14378和22752 mAh g⁻¹。更令人鼓舞的是，mo-V₂CT_x在高电流密度下表现出良好的循环性能，在1000 mAh g⁻¹的限制容量下，分别保持90，89和70次的长循环寿命。

3）理论计算进一步验证了mo-V₂CT_x对中间体具有中等的吸附能，使Li−O₂化学中的ORR/OER的过电位降低，抑制了寄生反应，提高了催化动力学。

这项研究为制备MXenes作为先进的LOB和其他储能器件的高效和坚固的电催化剂提供了一种可行的策略。

参考文献

Yongxiang Jiang, et al, Mildly Oxidized MXene (Ti₃C₂, Nb₂C, and V₂C) Electrocatalyst via a Generic Strategy Enables Longevous Li−O₂ Battery under a High Rate, ACS Nano, 2021

DOI: 10.1021/acsnano.1c06896

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c06896