<video id="fz3vv"><big id="fz3vv"><th id="fz3vv"></th></big></video>

        <var id="fz3vv"><thead id="fz3vv"></thead></var>
        <ruby id="fz3vv"><span id="fz3vv"><span id="fz3vv"></span></span></ruby>

            ?2020深圳石墨烯國際云論壇嘉賓-“MXene鼻祖”Yury Gogotsi教授近兩年工作精選

            ?2020深圳石墨烯國際云論壇嘉賓-“MXene鼻祖”Yury Gogotsi教授近兩年工作精選

            ?2020深圳石墨烯國際云論壇嘉賓-“MXene鼻祖”Yury Gogotsi教授近兩年工作精選

            圖片來源|德雷塞爾大學官網

            個人簡介

            Yury Gogotsi教授是美國賓夕法尼亞州費城德雷塞爾大學材料科學與工程系杰出教授和納米材料研究所所長,碳基納米材料(納米管、納米金剛石、納米孔碳、洋蔥碳和碳化物)方面的權威專家,也是研究新材料(如MXenes)儲能的先驅。Gogotsi教授在其研究領域獲得了眾多國內和國際獎項,包括2015年國際納米技術獎(RUSNANO)、2015年度李薰講座獎和2010年中國教育部長江學者等。Yury Gogotsi教授擔任ACS Nano期刊副主編和多個期刊(Nano Energy和Advanced Electronic Materials等)的編委。Gogotsi教授從事無機納米材料的合成和表面改性,如納米金剛石、碳化物衍生碳、納米管、二維碳化物和氮化物(MXenes)方面的研究,他的團隊于2011年首次成功從Ti3AlC2(MAX)材料中剝離掉Al層得到第一種MXene結構,隨后還探索了實驗室發現和開發的材料在能源和其他相關領域的應用。他在結構、孔隙可調的碳和碳化物納米材料方面的工作對電容儲能領域產生了重大影響,相關研究成果發表在Science、Nature及Nature子刊、Angew. Chem. Int. Ed.和Adv Mater等國際知名期刊上。Gogotsi教授于2014年入選湯姆森-路透社(Thomson-Reuters)高引用研究人員名單。

            Yury Gogotsi教授課題組主頁:https://nano.materials.drexel.edu/


            研究領域

            自石墨烯成功制備并獲得諾貝爾物理學獎以來,各種二維材料因其獨特的物理化學性質而受到廣泛的研究,許多層狀材料如六方氮化硼、硅烯和磷烯等也成功制備。2011年美國德雷塞爾大學Yury Gogotsi教授課題組首次成功地將鈦碳化鋁Ti3AlC2(MAX)的Al層剝離掉得到了第一個MXene結構(Ti3C2)。由于MXene材料為二維層狀結構并表現出類似金屬的導電性,迄今為止多種MXene材料已被合成出來,并成為儲能和催化領域極具潛力的材料。近兩年Gogotsi教授課題組在二維材料方向部分代表性成果如下:

            1、Adv. Mater.:基于單層Ti3C2 MXene電極的柔性透明OLED

            氧化銦錫作為一種透明導電電極被廣泛應用于光電器件中,但其存在脆性大、成本高等缺點。碳納米管、石墨烯和導電聚合物等柔性導電材料雖然也在光電器件中得到了廣泛的研究,但仍存在許多技術問題:通常需1000℃左右的高溫處理才能得到高質量的石墨烯,并需添加額外的電荷轉移摻雜來提高石墨烯的導電性;導電聚合物導電性相對較差。此外,石墨烯和導電聚合物材料的功函數通常小于4.8 eV,空穴注入時會形成巨大的能壘,這也是限制有機物、量子點和鈣鈦礦LED發展的關鍵因素。MXenes電極具有類金屬導電性和親水性但其在酸性的水基空穴注入層中被降解,且氧化后的MXene降低LED器件的電荷平衡,并顯著降低其發光效率,這阻礙了MXene在柔性透明光電器件中的應用。德雷塞爾大學Yury Gogotsi教授(通訊作者)和首爾大學Tae-Woo Lee教授(通訊作者)合作報道了通過低溫真空退火對MXene電極膜的表面進行了調控,抑制了其在器件制備過程中的降解并保留了高電導率(11668 S cm?1)和功函數(5.1 eV),同時選擇中性空穴注入層來保護材料表面不被氧化?;谝陨蟽烖c,該MXene有機LED電流效率達到101.9 cd A?1,功率效率103.7 lm W?1,接近該結構器件的理論最大值。單層Ti3C2柔性透明OLED的優異性能說明,溶液處理的MXene在OLED中應用潛力很大,并有望實現低成本的MXene柔性光電器件。

            ?2020深圳石墨烯國際云論壇嘉賓-“MXene鼻祖”Yury Gogotsi教授近兩年工作精選

            文章信息:A 2D Titanium Carbide MXene Flexible Electrode for High‐Efficiency Light‐Emitting Diodes. Adv. Mater., 2020, 32, 2000919

            https://doi.org/10.1002/adma.202000919

            2、ACS Nano:不同結構的MXene對電磁屏蔽性能的影響

            在5G和物聯網時代,需要新型、超薄的多功能電磁屏蔽材料來保護電子產品免受電磁污染,目前電磁屏蔽性能最好的合成材料為微米級的Ti3C2Tx MXene。盡管已經報道了超過30種或者更多不同的MXenes,但其元素組成、結構和過渡金屬的排列對電磁屏蔽性能的影響還未被探索。德雷塞爾大學Yury Gogotsi教授(通訊作者)課題組系統地研究了16種不同組成和厚度MXenes的屏蔽性能,結果表明微米厚的MXenes膜均表現出有效的電磁屏蔽(>20 dB),厚度僅有40nm的Ti3C2Tx電磁屏蔽效果可達到21 dB,并通過調控固溶體中不同元素的比例實現了可調的電磁屏蔽性能。該工作通過傳輸矩陣法對不同類型的MXenes進行了模擬,為電磁屏蔽性能與頻率/厚度/電導率之間的關系進行了研究和解釋,有助于在眾多的MXenes材料中選取和設計超薄、柔性和多功能的電磁屏蔽材料。

            ?2020深圳石墨烯國際云論壇嘉賓-“MXene鼻祖”Yury Gogotsi教授近兩年工作精選

            文章信息:Beyond Ti3C2Tx: MXenes for Electromagnetic Interference Shielding. ACS Nano, 2020, 14, 4, 5008–5016

            https://doi.org/10.1021/acsnano.0c01312

            3、Angew. Chem. Int. Ed.:原位陽極氧化提升Ti3C2Tx電極倍率性能

            MXenes具有組成多樣性、過渡金屬氧化還原活性、可調的層間距和可控制的表面化學等優點,從電磁屏蔽到儲能領域都得到廣泛應用。相比于電池中離子的緩慢擴散和電容器中多孔碳電極表面形成的電雙層,MXenes材料表現為快速離子反應動力學的插層贗電容行為。多種陽離子快速嵌入MXenes電極的能力是實現高倍率混合金屬離子電容器和多價離子電池的關鍵。碳化鈦Ti3C2Tx是最早報道且研究最深的MXene,其電導率高、具有較高電容和倍率性能。MXene的贗電容主要來源于由其表面官能團=O,但MXene電極重新制備為電極膜后的堆疊現象阻礙了其離子傳輸,導致倍率性能受到限制。目前提升MXene電極電化學性能的方法大多是以犧牲容量為代價,尚無系統地研究表面化學對Ti3C2Tx電極內在電化學性能的影響。德雷塞爾大學Yury Gogotsi教授(通訊作者)課題組通過一種可控制的陽極氧化方法增加了MXene電極的層間距,并在不破壞電化學活性位點的前提下在MXene結構中制造了孔道,進而提高MXene電極在酸性電解質中的倍率性能。通過調節陽極氧化程度,即掃描速率為2000 mV s-1時電容保持率由38%(掃描速率5 mV s-1)逐漸增加到66%,使部分氧化的Ti3C2Tx電極表現出30%的改進動力學,比原始MXene電極擁有更高的倍率性能。這一發現為設計高倍率MXene儲能裝置提供了思路。

            ?2020深圳石墨烯國際云論壇嘉賓-“MXene鼻祖”Yury Gogotsi教授近兩年工作精選

            文章信息:Tuning the Electrochemical Performance of Titanium Carbide MXene by Controllable In Situ Anodic Oxidation. Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 17849–17855

            https://doi.org/10.1002/anie.201911604

            4、Energy Storage Mater.:基于MXene-導電聚合物的電致變色微型電容器

            電致變色儲能結合了電化學儲能的優點,且伴隨的顏色變化可直觀地觀察儲能裝置的充放電狀態,所以在可穿戴智能紡織品、超級電容器和微型指示器等方面得到迅速發展和應用。雖然傳統的透明導電電極,如ITO在非水溶液中電致變色工作良好,但多步制備方法以及與酸性電解質的不相容性阻礙了對電致變色儲能裝置的進一步研究。聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)是一種電致變色導電聚合物,具有顯著的化學和電化學穩定性,在摻雜狀態下表現為透明,適用于單色電致變色器件;Ti3C2Tx僅在陰極電位(<0.2? V vs. Ag/AgCl))電化學穩定,這限制了導電聚合物在陽極的電化學沉積(>0.8 ?V vs. Ag/AgCl)。德雷塞爾大學Yury Gogotsi教授(通訊作者)課題組在非水系電解液中,采用電化學沉積的方法制備了PEDOT/Ti3C2Tx異質結構,薄膜經切割后直接用于微電容電極。與MXene微電容(10? mV?s?1時面電容為455? μF?cm?2,1000? mV?s?1時面電容為120 ?μF?cm?2)相比,混合微電容表現為高出5倍的面電容和更高倍率性能(10? mV?s?1時面電容為2.4 ?mF?cm?2,1000 ?mV?s?1時面電容為1.4? mF?cm?2)。本研究為開發MXene基異質結構的電致變色儲能器件提供了新的思路。

            ?2020深圳石墨烯國際云論壇嘉賓-“MXene鼻祖”Yury Gogotsi教授近兩年工作精選

            文章信息:MXene-conducting polymer electrochromic microsupercapacitors. Energy Storage Mater., 2019, 20, 455–461

            https://doi.org/10.1016/j.ensm.2019.04.028

            5、Nature Energy:電解液溶劑對Ti3C2 MXene材料儲能的影響

            目前的電池系統通過緩慢、擴散控制的法拉第過程來存儲能量,但便攜式電子產品對電化學儲能設備快速充電、長循環壽命的需求不斷增加,促使人們對電池產品的進行進一步的研究。其中電化學雙電層超級電容器(EDLCs)因可以在幾分鐘內充滿電、幾乎可以無限次循環而備受關注,然而多孔碳電極通過物理吸附所儲存的能量遠小于電池材料,這限制了電容器在諸多領域的應用。研究發現用贗電容材料替代EDLCs碳電極可以提高電容器儲能能力,不同于電池中擴散控制的離子嵌入的儲存機制,贗電容來自于材料表面的氧化還原反應,因而可以實現快速儲能,提升倍率性能。電池中擴散控制的負極材料如石墨、錫和硅等,離子嵌入時會導致其發生相變且需要較大的過電勢作為嵌入的驅動力;金屬氧化物和導電聚合物材料表現為贗電容行為,通常有離子快速嵌入通道或為表面氧化還原反應,然而除了昂貴的RuO2和VN外,這類材料的導電性都很差,限制了該類超級電容器的高倍率性能。二維MXene材料的電子電導率高達10000 S cm-1,且在酸性水系電解液中表現為贗電容行為,其中Ti3C2的容量高達1500 F cm-3。水系電解液的電壓窗口小,限制了電容器的儲能能力,所以有機電解液有望成為高能量儲能的最佳選擇,以往的研究中解釋了MXene材料在有機電解液中的儲能機理,但沒有考慮到電解液的改變對電化學性能的影響。德雷塞爾大學Yury Gogotsi教授(通訊作者)課題組報道了不同有機電解液對鋰離子嵌入Ti3C2電極過程的重要影響。該工作發現,當使用碳酸丙烯酯(PC)溶劑時,Ti3C2層中的鋰離子是完全脫溶的,表現為贗電容插層為主的電荷存儲機制;而乙腈(ACN)和二甲基亞砜(DMSO)溶劑中,由于鋰離子和溶劑分子共同嵌入Ti3C2電極中,導致了電容急劇下降。ACN溶劑因其離子電導率最高是超級電容器電解液最佳的溶劑,該工作的結果與碳基超級電容器的結果相反,表明合理匹配、優化電解也的重要性。

            ?2020深圳石墨烯國際云論壇嘉賓-“MXene鼻祖”Yury Gogotsi教授近兩年工作精選

            文章信息:Influences from solvents on charge storage in titanium carbide MXenes. Nature Energy, 2019, 4, 241–248

            https://doi.org/10.1038/s41560-019-0339-9

            6、Adv. Energy Mater.:MXene-導電聚合物不對稱贗電容電容器

            超級電容器因其功率密度大、循環壽命長、安全、工作溫度范圍寬、維護成本低等優點受到廣泛關注,并在光電、公共交通、混合動力電動汽車、能源再生和航空航天工業等領域應用廣泛。然而EDLCs的關鍵問題是能量密度低,基于表面氧化還原反應的贗電容材料有較高的能量密度,正被探索、應用于儲能領域。導電聚合物因易于合成,固有導電性,柔性和氧化還原活性等優點,是極具潛力的贗電容材料。目前電容器的負極大多是碳和金屬氧化物,這些材料在酸性介質中相應的負電位下出現析氫現象,這給尋找酸性電解液中高贗電容的正極材料增加了難度,阻礙了導電聚合物在電化學電容器中的實際應用。MXene材料具備金屬導電性和在酸性電解質中負電位下高的贗電容性質,在超級電容器中表現出巨大的應用潛力,但是目前為止酸性電解液中正電位下只有昂貴的RuO2的電化學性能可以與之匹配,使其無法廣泛應用。德雷塞爾大學Yury Gogotsi教授(通訊作者)課題組制備了以二維MXene作為負極,一系列導電聚合物為正極的不對稱贗電容電容器,在同一器件中兩種化學性質不同的材料實現了電化學互補。正極導電聚合物為PANI時,3M H2SO4電解液中電壓窗可高達1.45 V,可釋放17 Wh kg?1的能量密度,且2萬次循環后電容保持率為88%。該工作有效提高了電容器的儲能性能,并為納米結構的導電聚合物和種類繁多的MXene材料用于超級電容器正負極開辟了道路。

            ?2020深圳石墨烯國際云論壇嘉賓-“MXene鼻祖”Yury Gogotsi教授近兩年工作精選

            文章信息:MXene-Conducting Polymer Asymmetric Pseudocapacitors. Adv. Energy Mater., 2018, 1802917

            https://doi.org/10.1002/aenm.201802917

            7、Nature:MXene垂直排列時其性能不再受電極厚度影響

            厚電極涂層是實現大規模電化學儲能中高能量密度和功率密度的關鍵。二維納米材料由于表面積-體積比大且無固態擴散,成為高能量密度和功率密度儲能的首選,但傳統的電極制備中材料重新堆疊,限制了離子在較厚的電極膜中的傳輸,致材料釋放的電化學性能高度依賴于電極厚度。通過嵌入增加層間距或設計納米結構增加薄膜孔隙率等促進離子傳輸的策略,使材料所儲存的容量降低、離子傳輸路徑長且復雜,阻礙電極高倍率時的充放電性能。垂直排列的二維材料使離子定向運輸,可實現電化學性能不受電極厚度限制,但目前只報道了少數成功地例子,并且較厚的電極中容量損失問題仍然存在。德雷塞爾大學Yury Gogotsi教授(通訊作者)和賓夕法尼亞大學Shu Yang教授(通訊作者)合作報道了垂直排列的二維碳化鈦(Ti3C2Tx)電極表現出極好的電化學性能,幾乎不受厚度(高達200 μm)影響,實現了與電極厚度無關電化學能量存儲。該工作通過自組裝的方式合成了平均橫向尺寸約為219±47 nm的Ti3C2Tx納米片,納米材料的垂直排列提供了一種新的通過構建材料結構實現優異性能的技術,該技術可擴展到受離子定向傳輸影響的過濾、燃料電池、催化和光電等領域。

            ?2020深圳石墨烯國際云論壇嘉賓-“MXene鼻祖”Yury Gogotsi教授近兩年工作精選

            文章信息:Thickness-independent capacitance of vertically aligned liquid-crystalline MXenes. Nature, 2018, 557, 409–412

            https://doi.org/10.1038/s41586-018-0109-z


            ?2020深圳石墨烯國際云論壇嘉賓-“MXene鼻祖”Yury Gogotsi教授近兩年工作精選

            ?2020深圳石墨烯國際云論壇嘉賓-“MXene鼻祖”Yury Gogotsi教授近兩年工作精選

            清新電源投稿通道(Scan)

            ?2020深圳石墨烯國際云論壇嘉賓-“MXene鼻祖”Yury Gogotsi教授近兩年工作精選

            本站非明確注明的內容,皆來自轉載,本文觀點不代表清新電源立場。

            發表評論

            登錄后才能評論