von Beijing Institute of Technology Press Co.
Neue Arbeiten zu MXene/MOF-Hybridmaterialien wurden veröffentlicht in Fortschritte bei Energiematerialien.
„Die Untersuchung von MXene/MOF-Hybridmaterialien mit hoher elektrochemischer Leistung ist wichtig“, sagte der Papierautor Huan Pang, Professor an der School of Chemistry and Chemical Engineering der Yangzhou University. „Derzeit haben MXene/MOF-Hybridmaterialien in energiebezogenen Bereichen zunehmend Beachtung gefunden.“
Pang erläuterte die Beweggründe für die Entwicklung von MXene/MOF-Hybridmaterialien.
Erstens können MXene mit zahlreichen negativ geladenen Oberflächengruppen als geeignete Substrate zur Unterstützung des MOF-Wachstums eingesetzt werden, wodurch nicht nur die Aggregation von MOF-Nanopartikeln und MXene-Nanoblättern verhindert, sondern auch mehr verfügbare Oberflächen freigelegt werden.
Zweitens kann das hochleitfähige MXene-Gerüst in den Hybriden ausreichend leitfähige Kanäle und einen verkürzten Ionendiffusionsweg bereitstellen. Drittens bieten die starken Grenzflächenwechselwirkungen zwischen MXen und MOFs eine überlegene strukturelle Integrität und Stabilität.
Schließlich können die einstellbare Kristallstruktur und die vielfältigen Morphologien von MOFs dazu beitragen, dass die Hybride verschiedene spezifische Anwendungen abdecken. Daher ist es vielversprechend, MXene/MOF-Verbundwerkstoffe als Funktionsmaterialien für leistungsstarke elektrochemische Geräte einzusetzen.
„In diesem Aufsatz haben wir die Synthesestrategien von MXene/MOF-Verbundwerkstoffen sowie den Ableitungsprozess von MXene/MOF-abgeleiteten Materialien systematisch diskutiert und zusammengefasst. Dann die wichtigen elektrochemischen Anwendungen von MXene/MOF-Verbundwerkstoffen und ihren Derivaten, die Superkondensatoren abdeckten „Alkalimetall-Ionen-Batterien, multivalente Ionenbatterien, LSBs, Wasserspaltung und ORR wurden umfassend analysiert und zu Schlussfolgerungen geführt“, sagte Pang.
„Die Einführung von MXene kann die chemische Instabilität und die geringe Elektronenleitfähigkeit von MOFs wirksam kompensieren. Der starke Oxidationsabbau und die Selbststapelung von MXene wiederum können durch die Implantation von MOFs gut behoben werden.“
„Zahlreiche Arbeiten haben gezeigt, dass MXene/MOF-Verbundwerkstoffe aufgrund der gut gestalteten Struktur und der starken Grenzfläche bessere elektrochemische Eigenschaften (wie spezifische Kapazitäten, Geschwindigkeitsleistung, Zyklenstabilität, Tafel-Steigung usw.) aufweisen als reine MXene und unberührte MOFs Wechselwirkung, ausreichend aktive Stellen und exoterische leitfähige Kanäle. Darüber hinaus wurden verschiedene funktionelle MOF-abgeleitete Nanomaterialien erfolgreich mit MXene gekoppelt und lieferten eine deutlich verbesserte elektrochemische Leistung.“
„Obwohl viele bedeutende Erfolge bei MXene/MOF-Verbundwerkstoffen und ihren Derivaten veröffentlicht wurden, steckte ihre Anwendung im Bereich der Elektrochemie noch in den Kinderschuhen“, sagte Pang. „Für eine bessere Entwicklung in der Zukunft wurden die größten Herausforderungen und Perspektiven von MXene/MOF-Verbundwerkstoffen und ihren Derivaten diskutiert.“
„Die folgenden Aspekte sind bemerkenswert“, sagte Pang. „Erstens die Vielfalt der MXene/MOF-Verbundwerkstoffe verbessern; zweitens Synthesestrategien optimieren; drittens Grenzflächeninteraktionen konstruieren; viertens komplexe Architekturen entwerfen; fünftens von MXene abgeleitete MOFs erforschen; sechstens energiebezogene Geräte herstellen; schließlich die Funktionsweise verstehen.“ Mechanismen.“
„Obwohl MXene/MOF-Verbundwerkstoffe und ihre Derivate vor vielen Herausforderungen stehen, die es noch zu bewältigen gilt, konnten wir alle die erheblichen Fortschritte beobachten, die sie bei der elektrochemischen Energiespeicherung und -umwandlung erzielt haben“, sagte Pang. „Wir sind davon überzeugt, dass die Überprüfung zu einem tieferen Verständnis funktionaler MXene/MOF-basierter Verbundwerkstoffe beitragen und gültige Leitlinien für ihre zukünftige Entwicklung im Bereich elektrochemischer Anwendungen liefern wird.“
Mehr Informationen:
Hui Yang et al., Metal-Organic Frameworks Meet MXene: New Opportunities for Electrochemical Application, Fortschritte bei Energiematerialien (2023). DOI: 10.34133/energymatadv.0033
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