Ti3C2Tx MXene表面化学与形貌协同工程构筑高倍率长寿命锂氧电池

本文系统探讨了通过调控MXene表面官能团（-O/-OH取代-F）与形貌重构（中空球/交织带）的策略，显著提升锂氧电池（LOB）的氧还原/析出反应（ORR/OER）动力学，实现低过电位（0.58 V）、高容量（22,997 mAh g?1）和超长循环稳定性（3000 mA g?1下126次循环），为下一代高能量密度储能器件提供新范式。

　　

Highlight

通过协同调控Ti₃C₂T_x MXene的表面化学（以-O/-OH取代-F主导）和物理形貌（中空球与交织带结构），本研究成功设计出高效双功能氧催化剂。理论计算证实-O与-OH官能团可降低ORR/OER能垒，增强反应可逆性；形貌重构大幅增加比表面积，提供更多活性位点和Li₂O₂容纳空间，从而显著提升锂氧电池在高电流密度下的容量与循环稳定性。

Results and discussion

图1a展示了从MAX相（Ti₃AlC₂）制备MXene球与带的合成流程：首先通过锂氟化物（LiF）与盐酸混合溶液蚀刻Ti₃AlC₂，经超声剥离得到少层MXene，再与聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）球模板组装并在氮气氛中退火去除模板，最终形成多孔球形MXene结构。

Conclusions

本研究成功制备了两种结构优化的MXene（球状与带状）催化剂，通过将氟终止基团替换为-O/-OH混合官能团，并结合中空球与交织带形貌设计，显著提升了锂氧电池的ORR/OER催化效率与反应可逆性。改性MXene展现出超高放电容量（球状22,997 mAh g^?1）和优异的高倍率循环性能（3000 mA g^?1下126次循环），为MXene基电催化剂的多维优化策略提供了新思路。