热，并进一步在450C的氧气氛围中加热能达到完全除氟的效果7。 2 MXenes在锂离子电池负极中的应用 2.1锂离子电池筒介 锂离子电池是一种二次电池，是指以锂离子嵌入化合物为正、负极材料的电池的总称。 在充放电过程中，锂离子在正、负极材料之间往返嵌入一脱嵌：充电时，锂离子从正极移 向负极，放电时相反。故又被形象的称之为“摇椅电池”。锂离子电池因为具有电压高， 比能量高，储存时间长，工作温度范围大，比功率大等优点，而被广泛应用于各类电子设 备和电动汽车领域。而随着传统化石能源的枯竭和保护环境观念的深入人心，以锂离子电 池为动力的新能源蓬勃发展。然而目前新能源汽车的续航能力要低于燃油汽车，因此研发 新的具有更高储能密度和寿命的锂离子电池是非常重要的。 2.2 MXenes负极应用 MXenes由于其优良的快速充放电性能、小的体积变化和高容量前景在2O12年首次 被Simon和Gogotsi的课题组用于锂离子电池负极材料的研究中， 研究发现，TiC MXene材料的可逆容量是原始Ti2AIC MAX相的5倍，为MXenes角作锂离子电池负极材 料的研究起到一个良好的开端。在此之后，Simon等人通过DMSO在玉TiC2薄片之间的插 入，制备了Ti,C2基“纸”状结构，其锂容量明显高于未分层的对照组o。同时，Tag等 人采用密度泛函理论(DFT)理论计算证明了TiC,MXene具有浪好的电子导电性，较高 的理论锂储容量和快速的锂离子扩散能力2四。另外（在Sun等人对TiC2作为负极材料的研 究中，通过对其循环伏安曲线的分析，表明T,Ca的锂存储机制是嵌入机理四。 表面官能团也会影响MXenes材料的电化学性能。理论计算表明，对Ti,C2 MXene材料 而言，纯MXenes、含-O0、-F和-OH官能团的MXenes材料的比容量为320、268、130和 67mAhg21,21。氧表面构型使得其在三种官能团MXenes中具有最高的比容量，DFT理论 计算预测了锂原子在MXene Ti,CO2薄片之间会形成可逆双层结构，增加其容量。而对于 其羟基化和氟化衍生物，表面官能团会降低L的扩散速度和存储容量，因此在实验中应当 避免这两种结构。另外，不同的过渡金属氧化物制备的MXene材料也拥有不同的储锂能力。 例如，TiC、V2C、Nb2C和TiC2在C下的比容量分别为110、260、170和100mAhg 12川。 2.2.1 MXenes与碳纳米材料复合策略 通过将MXenes与其他材料复合制备具有新结构的材料，可以帮助优化材料性能。因 为多层MXenes林料在制备过程中会产生层状结构的坍塌和堆积，导致接触面积大量减少， 从而降低了MXenes材料垂直于层结构方向上的电子和离子运输能力。因此将多层MXenes 粒子进行分层，制备出类似于“纸”的结构是改善材料电化学性能的一种策略。如通过 添加碳纳米管与MXene制备的复合材料其比容量为750mAhg。而Lin等人在2015年 首次提出了另一种策略P阿，通过在MXenes粒子间生长导电碳纳米纤维(CNFs)桥以在 MXenes材料中提供大量的导电CNF通路，可以使制备出的Ti,C,/CNF杂化粒子具有优良 的电化学性能。图3(a)展示了通过化学气相沉积技术制备TisC2/CNF杂化粒子。从3b)和 3(c)测试图中，在1C放电速率下，TiC/CNF杂化粒子的可逆容量为320mAhg',是纯 TiC2Tx粒子的近2倍。在3(d)的EIS测试中，TiC2CNF杂化粒子在100C下充放电获得的 容量也只是轻微低于TiC2在1C下的容量。另外即使是在100C的超高速率下，TisC2/CNF 电极经过2900次循环后仍能提供97mAhg的稳定容量，展示优质的长期稳定能力。热，并进一步在 450℃的氧气氛围中加热能达到完全除氟的效果[17]。 2 MXenes 在锂离子电池负极中的应用 2.1 锂离子电池简介 锂离子电池是一种二次电池，是指以锂离子嵌入化合物为正、负极材料的电池的总称。 在充放电过程中，锂离子在正、负极材料之间往返嵌入—脱嵌：充电时，锂离子从正极移 向负极，放电时相反。故又被形象的称之为“摇椅电池”[18]。锂离子电池因为具有电压高， 比能量高，储存时间长，工作温度范围大，比功率大等优点，而被广泛应用于各类电子设 备和电动汽车领域。而随着传统化石能源的枯竭和保护环境观念的深入人心，以锂离子电 池为动力的新能源蓬勃发展。然而目前新能源汽车的续航能力要低于燃油汽车，因此研发 新的具有更高储能密度和寿命的锂离子电池是非常重要的。 2.2 MXenes 负极应用 MXenes 由于其优良的快速充放电性能、小的体积变化和高容量前景，在 2012 年首次 被 Simon 和 Gogotsi 的课题组用于锂离子电池负极材料的研究中[19]，研究发现，Ti2C MXene 材料的可逆容量是原始 Ti2AlC MAX 相的 5 倍，为 MXenes 用作锂离子电池负极材 料的研究起到一个良好的开端。在此之后，Simon 等人通过 DMSO 在 f-Ti3C2薄片之间的插 入，制备了 Ti3C2基“纸”状结构，其锂容量明显高于未分层的对照组[20]。同时，Tang 等 人采用密度泛函理论（DFT）理论计算证明了 Ti3C2 MXene 具有良好的电子导电性，较高 的理论锂储容量和快速的锂离子扩散能力[21]。另外，在 Sun 等人对 Ti3C2作为负极材料的研 究中，通过对其循环伏安曲线的分析，表明 Ti3C2的锂存储机制是嵌入机理 [22]。 表面官能团也会影响 MXenes 材料的电化学性能。理论计算表明，对 Ti3C2 MXene 材料 而言，纯 MXenes、含-O、-F 和-OH 官能团的 MXenes 材料的比容量为 320、268、130 和 67 mAh g-1[21,23]。氧表面构型使得其在三种官能团 MXenes 中具有最高的比容量，DFT 理论 计算预测了锂原子在 MXene Ti3C2O2薄片之间会形成可逆双层结构，增加其容量。而对于 其羟基化和氟化衍生物，表面官能团会降低 Li 的扩散速度和存储容量，因此在实验中应当 避免这两种结构。另外，不同的过渡金属氧化物制备的 MXene 材料也拥有不同的储锂能力。 例如，Ti2C、V2C、Nb2C 和 Ti3C2 在 1 C 下的比容量分别为 110、260、170 和 100 mAh g- 1[21]。 2.2.1 MXenes 与碳纳米材料复合策略 通过将 MXenes 与其他材料复合制备具有新结构的材料，可以帮助优化材料性能。因 为多层 MXenes 材料在制备过程中会产生层状结构的坍塌和堆积，导致接触面积大量减少， 从而降低了 MXenes 材料垂直于层结构方向上的电子和离子运输能力。因此将多层 MXenes 粒子进行分层，制备出类似于“纸”的结构是改善材料电化学性能的一种策略[18]。如通过 添加碳纳米管与 MXene 制备的复合材料其比容量为 750 mAh g-1[24]。而 Lin 等人在 2015 年 首次提出了另外一种策略[25]，通过在 MXenes 粒子间生长导电碳纳米纤维（CNFs）桥以在 MXenes 材料中提供大量的导电 CNF 通路，可以使制备出的 Ti3C2/CNF 杂化粒子具有优良 的电化学性能。图 3(a)展示了通过化学气相沉积技术制备 Ti3C2/CNF 杂化粒子。从 3(b)和 3(c)测试图中，在 1 C 放电速率下，Ti3C2/CNF 杂化粒子的可逆容量为 320 mAh g-1，是纯 Ti3C2Tx 粒子的近 2 倍。在 3(d)的 EIS 测试中，Ti3C2/CNF 杂化粒子在 100 C 下充放电获得的 容量也只是轻微低于 Ti3C2在 1C 下的容量。另外即使是在 100 C 的超高速率下，Ti3C2/CNF 电极经过 2900 次循环后仍能提供 97 mAh g-1的稳定容量，展示优质的长期稳定能力。 录用稿件，非最终出版稿