用于高效电化学锂/钠离子存储的黑磷量子点/碳化钛MXene纳米片复合材料

　　对电极材料进行纳米结构设计并探索新型高效的储能机理是开发高性能可充电电池的关键。以黑磷量子点(BPQDs)和碳化钛纳米片(TNSs)分别作为电池型和赝电容材料，提出新型电池电容双模型储能(DMES)机理，设计BPQD/TNS复合负极材料，并将其应用于锂离子电池和钠离子电池。尤其是固定在TNSs上的BPQDs作为电池型组分，在循环过程中可以提高其导电性及缓解应力，具有高容量及稳定的储能性能。同时，两种组分之间的P-O-Ti界面键引起了赝电容TNS组分发生进一步原子电荷极化，增强了电荷吸附和有效的界面电子转移，提供了更高的赝电容值和快速的能量储存。DMES机理通过X射线光电子能谱，北京同步辐射装置(BSRF) 1W1B-XAFS，扩展的X射线吸收精细结构光谱(EXAFS)，4B7A-中能实验站X射线近吸收谱(XANES)，密度泛函理论计算和动力学分析得到证实。因此，复合电极表现出优越的电池性能，尤其在锂离子电池性能方面，例如在100 mA g-1电流密度时，具有910 mAh g-1高容量，在超长2400圈充放电循环中容量保持率约为100%，同时具有高的倍率性能，是目前基于黑磷的复合材料中最佳的综合电池性能。相关的研究成果发表在2018年8月1日的《Advanced Energy Materials》上。 

　　图a 为BPQD/TNS复合材料TEM照片，由图a可知，BPQDs均匀的分散在TNSs表面。该课题组进一步采用XANES和EXAFS技术在原子水平上给出复合材料结构信息。图b中的BPQD/TNS复合材料和TNS的XANES曲线显示了它们在TiO2和金属钛箔之间的近边吸收能，表明Ti价态在两个参比之间。在图b中，样品的FT-EXAFS显示1.5-3.0范围内的两个峰，分别对应于Ti-O(C)和Ti-Ti键。BPQD/TNS复合材料的FT-EXAFS在TNSs和TiO2上呈现出类似的振荡(Ti-O键，黄色区域)，具有显著减小的幅度，表明BPQD/TNS复合材料的局部原子排列不同。为了获得定量结构信息，进行扩展边分析计算。BPQD/TNS复合材料中的Ti原子具有比TNSs中更高的配位数(7)和更长的Ti-O(C)平均键长(2.08？)，这是因P原子的存在形成P-O-Ti键。图c可以看出：黑磷的白线峰值为2145.0 eV，来自P 1s→P 3p的电子跃迁。对于BPQD/TNS样品，P K边吸收光谱的另外两个主要吸收特征峰在2151和2153 eV，对应含有O和P的基团，电子跃迁来自P 1s→O 2p。BPQD/TNS复合材料的P K边分析进一步证实了复合材料中存在P-O-Ti界面键。在TNSs和BPQDs界面处形成的P-O-Ti键有利于复合材料的界面电子转移和界面结构稳定性，提高了BPQD/TNS电极的电化学性能。 

发表文章： 

　　Ruijin Meng*, Jimei Huang*, Yutong Feng, Lianhai Zu, Chengxin Peng, Lirong Zheng, Lei Zheng, Zhibin Chen, Guanglei Liu, Bingjie Chen, Yongli Mi & JinhuYang, Black Phosphorus Quantum Dot/Ti3C2 MXene Nanosheet Composites for Efficient Electrochemical Lithium/Sodium‐Ion Storage, Advanced Energy Materials, 8 (26), 2018, 1801514.