Metaal-organische raamwerken ontmoeten MXene: nieuwe kansen voor elektrochemische toepassing

Nieuw werk over MXene/MOF hybride materialen is gepubliceerd in Vooruitgang in energiemateriaal.

“Het onderzoek naar hybride MXene / MOF-materialen met hoge elektrochemische prestaties is belangrijk”, zegt auteur Huan Pang, professor aan de School of Chemistry and Chemical Engineering, Yangzhou University. “Momenteel hebben MXene / MOF hybride materialen steeds meer aandacht gekregen op energiegerelateerde gebieden.”

Pang legde de motivaties uit voor het ontwerpen van hybride MXene/MOF-materialen.

Ten eerste kunnen MXenes met talloze negatief geladen oppervlaktegroepen worden gebruikt als een geldig substraat om de groei van MOF’s te ondersteunen, waardoor niet alleen de aggregatie van MOF-nanodeeltjes en MXene-nanosheets wordt voorkomen, maar ook meer beschikbare oppervlakten worden blootgelegd.

Ten tweede kan het zeer geleidende MXene-framework in de hybriden voldoende geleidende kanalen en een verkorte ionendiffusieroute bieden. Ten derde bieden de sterke grensvlakinteracties tussen MXene en MOF’s superieure structurele integriteit en stabiliteit.

Ten slotte kunnen de afstembare kristalstructuur en diverse morfologieën van MOF’s de hybriden helpen verschillende specifieke toepassingen mogelijk te maken. Daarom is het veelbelovend om MXene/MOF-composieten te gebruiken als functionele materialen voor hoogwaardige elektrochemische apparaten.

“In deze review hebben we systematisch de synthesestrategieën van MXene / MOF-composieten besproken en samengevat, evenals het afleidingsproces van van MXene / MOF afgeleide materialen. Vervolgens de belangrijke elektrochemische toepassingen van MXene / MOF-composieten en hun derivaten, die betrekking hadden op supercondensatoren , alkalimetaalionbatterijen, multivalente ionbatterijen, LSB’s, watersplitsing en ORR, werden uitvoerig geanalyseerd en afgerond’, zei Pang.

“De introductie van MXene kan de chemische instabiliteit en lage elektronengeleiding van MOF’s effectief compenseren. Op hun beurt kan de ernstige oxidatiedegradatie en zelfstapeling van MXene goed worden opgelost door het implanteren van MOF’s.”

“Talloze werken hebben aangetoond dat MXene / MOF-composieten betere elektrochemische eigenschappen vertonen (zoals specifieke capaciteiten, snelheidsprestaties, fietsstabiliteit, tafelhelling, enz.) Dan die van pure MXene en ongerepte MOF’s vanwege de goed ontworpen structuur, sterke grensvlak interactie, voldoende actieve sites en exoterische geleidende kanalen. Bovendien zijn verschillende functionele MOF-afgeleide nanomaterialen met succes gekoppeld aan MXene en hebben ze sterk verbeterde elektrochemische prestaties geleverd. ”

“Ondanks vele belangrijke prestaties in MXene / MOF-composieten en hun derivaten zijn gepubliceerd, stond hun toepassing op het gebied van elektrochemie nog in de kinderschoenen, ” zei Pang. “Voor een betere ontwikkeling in de toekomst werden de belangrijkste uitdagingen en perspectieven van MXene/MOF-composieten en hun afgeleiden besproken.”

“De volgende aspecten zijn opmerkelijk,” zei Pang. “Ten eerste, verbeter de diversiteit van MXene / MOF-composieten; ten tweede, optimaliseer synthetische strategieën; ten derde, construeer interfaciale interacties; ten vierde, ontwerp complexe architecturen; ten vijfde, verken MXene-afgeleide MOF; zesde, fabriceer energie-geïntegreerde apparaten; ten slotte, begrijpen werken mechanismen.”

“Hoewel MXene / MOF-composieten en hun derivaten voor veel uitdagingen staan ​​die nog moeten worden aangepakt, is de aanzienlijke vooruitgang die ze hebben geboekt op het gebied van elektrochemische energieopslag en -conversie door ons allemaal gezien”, zei Pang. “We waren van mening dat de beoordeling zal bijdragen aan een beter begrip van functionele op MXene/MOF gebaseerde composieten en een geldige leidraad zal bieden voor hun toekomstige ontwikkeling op het gebied van elektrochemische toepassingen.”