作为一类典型的二维（2D）材料，MXenes具有良好的物理化学特性和潜在的储能应用前景。然而，MXenes受到2D材料的一些固有缺点的影响，例如在加工和应用过程中严重的重堆积和低储能性能。

近日，吉林大学韩炜教授，中科院半导体研究所Lili Wang，南开大学Junzhi Li，澳大利亚昆士兰科技大学Ziqi Sun报道了采用原位生物吸附策略，将Ti₃C₂T_x纳米片组装到黑曲霉生物真菌衍生的纳米带上，并转化为2D/1D异质结构（2D/1D MXene@NCRib），成功设计了一种Mxene@N掺杂的碳质纳米纤维结构作为高性能钠/钾离子电池的负极。

文章要点

1）研究人员首先通过Ti₃AlC₂ MAX相酸刻蚀和随后的LiCl插层，剥离了少量/单层Ti₃C₂T_x MXene的胶体分散体。然后将分散的Ti₃C₂T_x纳米片与黑曲霉菌丝体混合，浸泡48h以获得足够的生物吸附，形成MXene@黑曲霉结构。将MXene@黑曲霉冷冻干燥成气溶胶，并通过热解过程转化为2D/1D MXene@NCRib。

2）得益于协同效应，多孔二维MXene结构和通过一维N掺杂碳质网络的快速电子转移，从而实现了高表面控制的电容存储，并显著提高了对Na⁺和K⁺离子的电化学亲和力。实验结果显示，2D/1DMXene@NCRib电极表现出很高的可逆容量（SIB和PIB在0.1 A g⁻¹时的容量分别达到363.4和287.2 mAh g⁻¹），超稳定循环性能（SIB和PIB分别进行1000和400次循环后，0.1 A g−1电流密度下的容量分别达到349.2和229.3 mAh g⁻¹)，以及高倍率容量（SIB和PIB进行1000次循环后，在1.0 A g⁻¹时的容量分别达到210.2和201.5 mAh g⁻¹）。

3）离子扩散动力学分析和密度泛函理论（DFT）计算表明，这种多孔杂化结构促进了Na、K离子的传导和输运，充分利用了2D材料的固有优势。

这项工作拓展了MXene材料的应用潜力，并为解决二维储能材料的挑战提供了一种有效策略。

参考文献

Junming Cao, et al, Microbe-Assisted Assembly of Ti₃C₂T_x MXene on Fungi-Derived Nanoribbon Heterostructures for Ultrastable Sodium and Potassium Ion Storage, ACS Nano, 2021

DOI: 10.1021/acsnano.0c10491

https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c10491