近期，吉林大学物理学院、未来科学国际合作联合实验室韩炜教授团队在Advanced Materials上发表题为“Ti₃C₂MXene Conductive Layers Supported Bio-Derived Fe_x-1Se_x/MXene/Carbonaceous Nanoribbons for High-Performance Half/Full Sodium-Ion and Potassium-Ion Batteries”的研究工作。该工作制备了一种基于 2D Ti₃C₂Tx MXene 高导电层封装的真菌衍生碳基质的新型 Fex-1Sex 异质结构，在 0.1A g^-1的电流密度下对钠离子 (Na⁺) 和钾离子 (K⁺) 存储容量分别为 610.9 和 449.3 mAh g^-1，在高充放电速率下具有出色的容量保持率，并且组装的Fe_x-1Se_x/MXene/碳质阳极的 Na/K 全电池具有稳定的大离子存储能力。该研究首次将真菌衍生碳基质和MXene材料表面活性结合，对高性能高稳定性碱金属离子电池负极的设计及钠离子电池的发展具有启发意义。

在锂离子电池大量应用于移动设备和动力电池的今天，锂资源的相对贫乏导致的价格高是目前存在的客观问题。钠离子在地壳中具有较高的储备量（2.83%），这就意味着钠离子电池相比于锂离子电池将具有更低的成本。尽管钠和锂属于同族元素具有相似的外层电子排布，但是钠离子相对于锂离子具有更大的离子半径。这就意味着钠离子电池对电极材料的要求将会更加严苛。所以设计发展高性能高可靠性的钠离子负极材料是十分必要的。

图一：MXene/Fe_x-1Se一维纳米带异质结构合成及形貌表征

图二：MXene/Fex-1Se一维纳米带异质结构储钠性能

图三：MXene/Fex-1Se一维纳米带异质结构储钠机理研究

实验与表征结果表明，微生物辅助自组装成功制造了一类新型三元 MSe-MXene-CNrib 异质结构，该异质结构由 2D MXene 纳米片、过渡金属硒化物纳米颗粒和具有强界面耦合的富氮碳质纳米带组成硒化工艺在储能设备中的应用。这些三元异质结构具有一些独特的特征：(1) 高导电性的内部富氮碳纳米带网络；(2) 具有完全分散的开放结构的垂直排列的 MXene 纳米片；(3) 强沉积的过渡金属硒化物，具有丰富的活性表面位点和额外的存储界面，支持混合材料用于大碱离子的超快界面传输，卓越的高倍率容量和超稳定的长期循环稳定性。对于大钠离子和钾离子的高速存储，赝电容存储起主导作用，这允许大离子在电极内快速插入和脱嵌。因此认为，具有丰富活性表面位点、超快界面和高导电主链结构的强耦合二维异质结构可以促进大碱离子的迁移和超稳定存储。

相关的研究成果近期发表在Advanced Materials上，第一作者为吉林大学博士研究生曹峻鸣，通讯作者为吉林大学韩炜教授与中科院北京半导体所王丽丽研究员。

全文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202101535