مروری بر سنتز نانوصفحات مکسین کربید تیتانیوم و بکارگیری آن در الکترود ابرخازن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

دانشکده علوم مهندسی، دانشکده فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله مروری، به نحوه سنتز پیش ماده و زدایش آن برای دستیابی به نانوصفحات کربید تیتانیوم، روش های جلوگیری از انباشتگی صفحات آن، بکارگیری این نانوصفحات در الکترود ابرخازن و روش‌های بهبود عملکرد آن با استفاده از اضافه کردن نانوساختارهای مناسب پرداخته شده است. از جمله مواد پیشنهادی برای ساخت الکترودهای ابرخازن، نانوصفحات متشکل از کاربید یا نیترید گروه‌های ابتدایی فلزات واسطه (تحت نام کلی مکسین‌) هستند. این مواد نوظهور دوبعدی به دلیل سطح موثر بالا و امکان ذخیره یون با چگالی و سرعت بالا مورد توجه قرار گرفته‌اند. اولین عضو سنتز شده از این خانواده، کربید تیتانیوم دو بعدی (Ti3C2Tx) است که در سال 2011 توسط ناگویب و همکارانش در دانشگاه درکسل معرفی شد. این ماده دارای بیشترین هدایت الکتریکی در بین اعضای خانواده مکسین است و در نتیجه، جذابیت بیشتری جهت بکارگیری در ساخت الکترود باتری و ابرخازن را داراست. کاربید تیتانیوم دوبعدی ، خود از زدایش آلومینیوم از پیش‌ماده کاربید تیتانیوم-آلومینیوم (Ti3AlC2)، (تحت نام کلی MAXPhase) با کمک زداینده‌هایی از جمله HF یا LiF/HCl بدست می‌آید. در ادامه، ابتدا به نحوه سنتز پیش ماده و زدایش آن برای دستیابی به نانوصفحات کربید تیتانیوم و روش های جلوگیری از انباشتگی صفحات آن می‌پردازیم و به روش‌های بهبود کیفیت لایه‌ از جمله حذف یون فلوئور و ایجاد فاصله بین صفحات با مولکول‌های ارگانیک اشاره می‌کنیم. همچنین، در مورد بکارگیری این نانوصفحات در الکترود ابرخازن و روش‌های بهبود عملکرد آن با استفاده از اضافه کردن نانوساختارهای مناسب صحبت خواهیم کرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A review on the fabrication of Ti3C2Tx MXene and its application as a supercapacitor electrode

چکیده [English]

In this review paper, we discuss about the synthesis of Ti3AlC2 precursor and the etching process to reach to the Ti3C2Tx layers and present different methods to delaminate the stacked nano-sheets. Early transition metal carbides or nitride nano-sheets (Generally called as MXenes) are one of the promising candidates for use in supercapacitor electrodes. These novel two-dimensional materials are attracted great attention due to their high surface area and charge storage capability with high density and velocity. The first introduced member of the MXene family is two-dimensional Titanium Carbide (Ti3C2Tx) which was presented by Naguib in 2011 at the Drexel University. This nano material has the highest electrical conductivity among the members of the MXene family and consequently, is more appealing to be used in battery and supercapacitor electrodes. Normally, Two-dimensional Titanium carbide is achieved by Aluminum etching from titanium-aluminum carbide precursor (Ti3AlC2) with the general name of MAXPhase by acidic etchants such as HF or LiF/HCl. Here, we discuss about the synthesis of Ti3AlC2 precursor and the etching process to reach to the Ti3C2Tx layers and present different methods to delaminate the stacked nano-sheets. We also present the methods to improve the quality of the MXene layers such as removing F ions from the surface and delaminating the layers by introduction of organic molecules on the surface. In addition, we talk about the utilization of these nano-sheets as the active material in supercapacitor electrodes and review the introduced methods for enhancing the electrochemical performance of them by adding convenient nanostructures.

کلیدواژه‌ها [English]

  • MXene
  • Two-dimensional Titanium Carbide
  • MAX phase
  • Nano-sheet
  • Supercapacitor