二維Ti3C2TxMXene材料因在超級電容器、鋰離子電池和鈉離子電池中表現(xiàn)出優(yōu)異的導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。理論預測純Ti3C2有較強的Mg2+存儲性能，但是迄今為止，實驗上還不能合成不帶表面官能團的MXene，現(xiàn)有的研究顯示二價鎂離子不能可逆地嵌入到Ti3C2Tx中，從而造成Ti3C2TxMXene幾乎沒有儲鎂容量。因此，需要探索合適的實驗方法開啟MXene的鎂離子存儲性能。

中國科學院蘭州化學物理研究所清潔能源實驗室閻興斌研究員課題組利用預先嵌入陽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容量。這項研究賦予了MXene材料在電化學儲能領(lǐng)域的又一個新應用，同時，也為鎂電池的正極材料提供了新的選擇。

研究人員對樣品進行了系統(tǒng)測試：用陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉SDS和同樣烷基鏈長度的陽離子表面活性劑十二烷基三甲基溴化銨DTAB進行對比測試，結(jié)果表明，表面活性劑均會增加MXene的層間距，但是僅陽離子表面活性劑對MXene的Mg2+存儲有促進作用。通過XPS和密度泛函理論計算方法發(fā)現(xiàn)嵌入的CTA+陽離子降低了Mg2+在MXene表面的擴散勢壘，進而大大地提升了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。

以上工作得到了國家自然科學基金的資助和支持。