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楊樹斌/杜志國AEM：可控蝕刻Ti3SiC2生產用于超穩定鋅離子電池的富氟疏水二維碳化鈦

MXene主要通過在含F水溶液中選擇性蝕刻MAX相來生產，由于其豐富的-O和-OH末端，通常表現出高度親水特性。然而，MXene的親水性可能會降低其在潮濕和水環境中使用時的耐用性和穩定性。

在此，北京航空航天大學楊樹斌教授&杜志國副教授團隊展示了一種新的蝕刻方法，通過在六氟化硫(SF₆)氣體中選擇性蝕刻Ti₃SiC₂中的Si來生產富氟MXene Ti₃C₂F_x。

在蝕刻過程中，SF₆能夠選擇性去除Si物質，形成揮發性SiF4并與Ti₃C₂板的暴露表面有效反應，得到Ti₃C₂F_x_?MXene，其-F末端分數高達87 at.%，并且具有良好的疏水性。

圖1. Ti₃SiC₂、Ti₃C₂T_x、Ti₃C₂F_x的結構表征

總之，該工作展示了一種SF₆氣體蝕刻方法，可在高溫下從Ti₃SiC₂中可控地去除Si，合成富氟MXene Ti₃C₂F_x。在蝕刻過程中，SF₆氣體可以選擇性地蝕刻Si物質，形成揮發性SiF₄。隨后的表面功能化后，得到了富氟Ti₃C₂F_x?MXene，其-F端基含量高達87 at.%，具有高度疏水性。

所得Ti₃C₂F_x?MXene可以有效抑制水引起的副反應并降低Zn成核能壘，在對稱電池中提供1200小時的長循環壽命和高達6.4 mA cm^-2的優異倍率性能。

與NiHCF正極相結合，使用Ti₃C₂F_x/Zn負極的全電池表現出穩定且長的循環壽命。因此，基于新興MAX相系列的可控蝕刻方法將進一步擴展，以生產各種具有定制表面官能團的MXene，有望在電子、儲能和電催化領域得到應用。

圖2. 電化學性能

Controllable Etching of Ti3SiC2 to Produce Fluorine-Enriched, Hydrophobic 2D Titanium Carbide for Ultrastable Zinc Ion Batteries,?Advanced Energy Materials?2023 DOI: 10.1002/aenm.202300890

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