NML研究文章｜界面作用“显身手”：NiSe2/Ti3C2Tx(MXene)助力超电及电催化分解水！

Ultrathin Ti₃C₂T_x (MXene) Nanosheet-Wrapped NiSe₂ Octahedral Crystal for Enhanced Supercapacitor Performance and Synergetic Electrocatalytic Water Splitting

Hanmei Jiang, Zegao Wang, Qian Yang, Luxi Tan, Lichun Dong*, Mingdong Dong*

Nano-Micro Lett. (2019) 11: 31

https://doi.org/10.1007/s40820-019-0261-5

本文亮点

1 采用超薄MXene纳米片包裹NiSe₂八面体晶体，建立了NiSe₂纳米晶体与MXene纳米片(NiSe₂/Ti₃C₂T_x)之间的强界面化学相互作用。

2 NiSe₂/Ti₃C₂T_x复合在超级电容器和析氢反应中均表现出优异的性能和循环稳定性。

3 NiSe₂纳米晶是因MXene纳米薄片作为其氧化的保护层而稳定的。

内容简介

硒化金属化合物，如NiSe₂，作为一种多功能的储能和交流材料，显示出巨大的潜力。然而，由于纯NiSe₂循环稳定性差、电导率低、电化学活性位点不足，限制了其作为电极材料的应用。

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为了弥补这些缺陷，重庆大学董立春教授课题组采用超薄MXene纳米片包裹NiSe₂八面体晶体，制备了一种界面相互作用强、电性能优良的新型NiSe₂/Ti3C2Tx复合体。

NiSe₂/Ti₃C₂T_x混合表现出良好的电化学性能，在电流密度为1 A/g时，超级电容器的比电容的高达531.2 F/g，同时，用于析氢反应时，塔费尔斜率仅仅为37.7 mV/dec。

此外，NiSe₂/Ti₃C₂T_x复合材料在超级电容器和HER中的循环稳定性都得到了提高。

相比于NiSe₂，这些显著的改善应归因于NiSe₂八面体晶体和Ti₃C₂T_x强的界面相互作用，提供增强的电导率、快速电荷转移以及丰富活跃的活性位点，同时这种组合的多功能应用是有潜力的，如能量储存和转换。

图文导读

NiSe2和NiSe2/Ti3C2Tx复合材料的微观形貌与结构分析

如图1所示，未修饰的NiSe₂和NiSe₂/Ti₃C₂T_x复合材料在扫描电镜下均表现出典型的八面体配置，平均尺寸在1μm左右。

然而，NiSe₂/Ti₃C₂T_x晶体表面的玻璃似乎相对较多。TEM进一步分析表明，这一现象可能是由于八面体NiSe₂粒子表面均匀覆盖了Ti₃C₂T_x纳米薄片的超薄层(图1c)，这可能为电荷存储或电催化提供了额外的电输运路径。

图1 不含(a)和含(b)Ti₃C₂T_x复合物的NiSe₂的SEM图像。(c，d)不同放大倍数的NiSe₂/Ti₃C₂T_x复合物的TEM图像。(e)HAADF−STEM图像的NiSe₂/Ti₃C₂T_x混合和相应的EDX元素映射的Ni, Se，和Ti元素。

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NiSe2和NiSe2/Ti3C2Tx复合材料的电化学性能分析

NiSe₂和NiSe₂/Ti₃C₂T_x复合材料的超电性能分析

从图3可以看出，相比于未修饰的NiSe₂，NiSe₂/Ti₃C₂T_x复合材料的容量有较大程度的提高，此外，由于MXene的表面修饰，材料的导电性也有了较大提高，接触内阻也有所下降。

图3 超级电容器在2 M KOH溶液中的性能: (a) 未修饰NiSe₂和NiSe₂/Ti₃C₂T_x在10 mV/s扫速下的CV图。(b)未修饰NiSe₂和NiSe₂/Ti₃C₂T_x在1.0 A/g电流密度下的GCD曲线。(c)未修饰NiSe₂和NiSe₂/Ti₃C₂T_x的电流密度比容图。(d)未修饰的NiSe₂和NiSe₂/Ti₃C₂T_x的Nyquist图(插图为高频区域和拟合实验数据的等效电路)

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NiSe₂和NiSe₂/Ti₃C₂T_x复合材料的HER性能分析

如图4所示，该复合产物具有较好的催化活性。NiSe₂/Ti₃C₂T_x电极性能的提高是由于电荷从NiSe₂转移到Ti₃C₂T_x，这可能提供了更快的吸附动力学和更高的活性位点利用率，从而提高了HER效率

图4 在0.5 M H₂SO₄溶液中的催化性能：(a)未改性的NiSe₂、NiSe₂/Ti₃C₂T_x复合物、纯Ti₃C₂T_x、20 wt%Pt/C在扫描速率为5 mV/s的玻碳电极的LSV曲线。(b)未改性的NiSe₂、NiSe₂/Ti₃C₂T_x复合物、纯Ti₃C₂T_x、20 wt%Pt/C的Tafel图。(c)用循环伏安法提取不同电极的双层电容。(d)不同电极材料阻抗图。