文字|李夏琪雨

編輯|李夏琪雨

前言

（資料圖）

在電化學性能方面，專家們開發(fā)了一種新技術(shù)，專門利用沉淀法實現(xiàn)MXene和BiCr2O4納米復合材料更長的穩(wěn)定性和更高的離子存儲容量，這對制備的納米結(jié)構(gòu)的形狀有顯著影響。外觀特征的研究非常有用。

從MXene的2.08電子伏到MXene和BiCr2O4納米復合材料的1.90電子伏，涵蓋了之前提到的所有值，MXene和BiCr2O4納米復合材料的平均粒徑為11.15納米。

通過EDX分析確認了所制備的納米復合材料的元素組成。所制備的MXene和BiCr2O4納米復合材料可用作高效催化劑和電極材料，具有小帶隙、高電化學穩(wěn)定性和優(yōu)異的比電容值。有吸引力的功能。

MXene和BiCr2O4納米復合材料簡介

二維金屬碳氮化物和氮化物，也稱為MXene，打開了“二維世界創(chuàng)新”的新大門。由于MX 層和A 層交替排列，MAX 相具有優(yōu)異的機械和熱性能。

由于儲能器件的性能主要取決于電極材料的本征特性，其二維性質(zhì)和引人注目的電子特性使得MXene經(jīng)常被用作儲能器件中的電極材料。

電化學儲能裝置也需要具有高儲能能力的電極材料，因此專家們?yōu)閷ふ倚阅軆?yōu)越的新型電極材料進行了大量的研究工作。

一種方法是利用各種可用的制造技術(shù)來制備電極材料。由于MXene 具有廣泛的成分和形態(tài)，由于二次層間鍵合較弱，相鄰層之間的電阻較低，因此可用于各種應(yīng)用。他們特別引人注目。

MXene的結(jié)構(gòu)多樣性及其廣闊的組成空間提供了無窮無盡的選擇，這也讓MXene合成的最新進展為過渡金屬開辟了新的組成可能性，不同的制備技術(shù)和合成方法會影響相同的形態(tài)、電子、機械和性能。甚至材料的化學性質(zhì)。

同時，鉍基材料由于其穩(wěn)定性高、毒性低、資源豐富等優(yōu)點，作為可見光光催化劑被廣泛研究。此外，由于其價帶足夠深，它們在水氧化方面具有優(yōu)異的性能。光催化效率。

BiVO4光催化劑通常在水氧化反應(yīng)中表現(xiàn)出穩(wěn)定的性能，然后通過太陽能轉(zhuǎn)化為氫能，效率為1.2%。然而，大帶隙嚴重限制了它們的未來應(yīng)用，但MXene 和BiCr2O4 混合材料可以克服這些問題。

專家采用共沉淀法制備了MXene和BiCr2O4納米復合材料，觀察到合成的納米復合材料的帶隙降低至1.90電子伏特，而測得的MXene帶隙值為2.08電子伏特。

然后利用X射線衍射、掃描電子顯微鏡、拉曼光譜和EDX等先進表征技術(shù)分別研究納米雜化材料的微觀結(jié)構(gòu)、表面形貌和電子性能。結(jié)果，測量了MXene 和BiCr2O4 納米復合材料的比電容。該值為455 F/g，與之前的報告相比，這顯然是一個更高的值。

此外，Ti3C2/NT納米復合材料可以實現(xiàn)123.6mAhg-1至1030.1mAhg-1范圍內(nèi)的容量，并且具有約50%的庫侖效率。

然而，當電池循環(huán)次數(shù)增加時，這些性能參數(shù)很容易下降。由于納米粒子與Ti3C2層之間的非緊密接觸和緊密接觸，納米粒子在循環(huán)過程中容易發(fā)生聚集。

因此，專家們正在研究越來越多的MXene與其他材料的納米復合材料來克服這些缺點，而制備MXene鉍基材料是改善和實現(xiàn)理想電極材料性能的可能性之一。

納米粒子BiCr2O4的制備方法

BiCr2O4納米顆粒的制備并不容易。首先，專家必須將相應(yīng)的Bi2·4H2O和硝酸鉻按化學計量比例溶解在去離子水中，并將它們混合在一起以制備鉍前驅(qū)體溶膠。

然后在40-50攝氏度下攪拌20分鐘，直至溶液變得均勻。攪拌1小時后，在保持溫度恒定的情況下加入1至2滴乙二醇。

將溶液在60-70攝氏度下蒸發(fā)濃縮。將制備好的溶膠在105攝氏度下干燥3小時。在750下煅燒4小時即可得到干燥的溶膠。

MXene (Ti3C2)的制備

那么在MXene（Ti3C2）的制備過程中，專家需要在室溫下將10克MAX溶解在230毫升氫氟酸中，然后將其放入聚四氟乙烯瓶中，使用磁力攪拌器連續(xù)攪拌72小時。

此步驟是去除所有酸性殘留物并使pH值達到6.0，使產(chǎn)品通過乙醇和去離子水洗滌數(shù)次。然后通過真空過濾收集糊劑并且使糊劑在60攝氏度下干燥。 48小時后，獲得粉末。最終產(chǎn)品為粉末形式，通過蝕刻可以得到MXene（Ti3C2）片材。

納米復合材料的制備

然后，專家們將1 mg/ml MXene 溶液放入燒杯中，將乙酸和乙二醇比例為1:1 的0.002 M BiCr2O4 添加到另一個燒杯中，并將第一個燒杯中的溶液超聲處理10 分鐘。

然后將兩個燒杯中的溶液混合并在60 攝氏度下超聲處理50 分鐘。然后專家將混合物放在磁力攪拌器上，在85 攝氏度下攪拌60 分鐘。最后，混合物冷卻后抽真空。篩選。

然后將過濾后的糊料在50攝氏度的烘箱中干燥24小時，直至獲得細粉，并進行EDX、SEM和XRD等技術(shù)分析和評估BiCr2O4納米粒子和BiCr2O4MXene納米復合材料中MXene的合成。健康）狀況。

電化學測量

專家們利用Gamy電位器接口和三電極系統(tǒng)對所有制備的電催化劑進行了電化學研究，其中銀、氯化銀、銀絲和改性玻碳電極分別作為參比電極、對電極和工作電極。

銀線還可以用作導電對電極，而不影響系統(tǒng)性能。玻碳電極可用乙醇清洗并用氧化鋁漿料拋光，然后用乙醇沖洗拋光后的玻碳電極，然后再添加催化劑墨水。催化劑墨水在乙醇中制備。

同時，將5Nafion溶液滴在粉末催化劑上作為粘合劑，在0.1M KOH溶液中制備的納米復合材料的1.0M溶液中，通過循環(huán)伏安法進行納米復合材料的電催化氧化反應(yīng)。

在鉻酸鉍納米粒子的X射線衍射圖中，其X射線技術(shù)提供了晶體結(jié)構(gòu)和相組成的證據(jù)。專家還使用JCPDS 卡號45-0937。這些峰位置被指定為純立方系統(tǒng)。由于尖晶石具有立方晶體結(jié)構(gòu)，這表明樣品達到了高純度水平。

此前的報道表明，在750攝氏度下可以實驗獲得單相尖晶石，并利用Scherrer公式計算出BiCr2O4、MXene和MXene/BiCr2O4的平均粒徑。

同時，專家們還進行了能量色散譜的對比。圖中所示的EDS譜清楚地表明形成的鉻酸鉍具有單相結(jié)構(gòu)。根據(jù)它們的原子比和重量，可以得出Bi、Cr和O的具體比例，得到單相鉻酸鉍。

下表顯示了MXene、BiCr2O4納米復合材料的形成，與之前的數(shù)據(jù)相比，EDX結(jié)果與之前的報道非常一致，這表明樣品中存在所需的元素。

對于BiCr2O4和MXene納米復合材料，MXene的微觀結(jié)構(gòu)是片狀的，母體鉻酸鉍被植入到MXene片的表面。在SEM圖像中，觀察到尖晶石鉻酸鉍納米粒子。 MXene 納米片上顆粒的規(guī)則排列。

其中，拉曼光譜可以看出，納米復合材料在1200-1500范圍內(nèi)呈現(xiàn)出強峰，散射信號相當寬廣，表明納米復合材料具有良好的結(jié)構(gòu)。在此分析中，觀察到1260 和1340 處的峰較弱。

與BiCr2O4和MXene納米雜化材料相比，合成的純BiCr2O4具有最高的電子空穴復合率，表明載流子復合率是分離的。

然而，BiCr2O4和MXene表現(xiàn)出非常低的峰強度，表明該材料具有較低的電子空穴復合率和較高的光催化響應(yīng)，并且納米復合材料MXene和BiCr2O4表現(xiàn)出直接帶隙。帶隙值降低至1.90 電子伏特，而MXene 測量為2.08 電子伏特。

此外，在0.1 M KOH和1 M H2SO4溶液中，采用電化學阻抗譜法測量了納米電極的電子傳遞性能，在此過程中始終保持的參數(shù)為交流電壓為0.5 V，直流電壓為零。

然而，電極的形狀對Warburg 電阻和溶液電阻沒有影響，因為這些是電解質(zhì)和電活性物質(zhì)擴散的特性，并且在所有觀察中都很常見。

但恒相元和電荷轉(zhuǎn)移電阻受到電極修飾的影響，因為它們與活性材料的導電性能有關(guān)，因為這里的分別代表表面粗糙度和電容，它們的值在1和0之間變化。所制備的電催化劑電化學行為的差異取決于電子轉(zhuǎn)移的相對可用性。

此外，與活性材料的導電性能相關(guān)的參數(shù)受到電極修飾和恒定相元素的影響。根據(jù)目前的修飾電極系統(tǒng)，值范圍為0.56至0.87。

那么這足以說明催化劑具有表面粗糙度，這也與掃描電鏡的結(jié)果一致。對于所提出的催化劑，電子轉(zhuǎn)移速率常數(shù)通過以下公式計算。

作者觀點

專家們通過溶膠-凝膠法成功合成了BiCr2O4納米顆粒，實現(xiàn)了用于儲能應(yīng)用的納米復合材料MXene和BiCr2O4的連續(xù)合成。

此外，SEM和XRD結(jié)果表明BiCr2O4納米晶在氧化石墨烯上成功生長，并且觀察到MXene和BiCr2O4納米復合材料的帶隙值從MXene的2.08電子伏下降到1.90電子伏。

此外，SEM分析表明納米復合材料具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和電化學活性表面積。通過交流阻抗譜分析，觀察到MXene/BiCr2O4的最小電荷阻抗和最大電化學表面積。

然而，由于帶隙減小，納米復合材料可以用作電極材料。因此，現(xiàn)在制備的納米復合材料有利于提高電催化活性和穩(wěn)定性，適合未來的儲能應(yīng)用。