【摘 要】
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MXenes,一种新型二维(2D)前过渡金属碳和/或氮化物,具有较高的物理化学稳定性、优异的机械性质和电子性质,因而受到了科研工作者的广泛关注。其拥有良好的导电性,较高的离子比容量以及较大的比表面积,因此可以作为性能优异的离子电池电极材料。然而,由于其在电极材料制备过程中,容易发生层与层的再堆叠现象,从而使离子的传输速率及电解质的渗入性能严重削弱。另一方面,近几年来可穿戴电子设备的发展使得人们对柔
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MXenes,一种新型二维（2D）前过渡金属碳和/或氮化物,具有较高的物理化学稳定性、优异的机械性质和电子性质,因而受到了科研工作者的广泛关注。其拥有良好的导电性,较高的离子比容量以及较大的比表面积,因此可以作为性能优异的离子电池电极材料。然而,由于其在电极材料制备过程中,容易发生层与层的再堆叠现象,从而使离子的传输速率及电解质的渗入性能严重削弱。另一方面,近几年来可穿戴电子设备的发展使得人们对柔性电池的需求不断增加,而MXenes较低的机械性能却大大阻碍了其作为柔性电池电极材料的应用。近期,实验室成功制备出了MXene/石墨烯异质结,并报道其作为离子电池电极材料具有优异的电化学性能。然而,尽管MXene/石墨烯异质结作为电极材料的各方面性能都优于MXene,但这些实验结果背后的理论机理研究并不全面。因此,我们通过第一性原理计算方法,以Ti2CX2（X=F、O和OH）作为MXenes代表,系统地研究了MXene/石墨烯异质结的电化学性能。我们的研究结果表明,石墨烯的引入不仅能阻止MXenes层间的再堆叠现象,还能增强电极材料的导电性、离子吸附强度（同时保持与MXene相当的高速离子传输）和机械刚度。这些机理解析很好地解释了实验中观察到的异质结作为电极材料的优良性能。特别在三种不同官能团的异质结中,Ti2CO2/石墨烯被表明是性能最佳的电极材料,而且小角度扭转的异质结对其电极性能影响较小。综上所述,这些理论研究对日后MXenes基电池的设计具有重要意义。
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