Skip to main content
Erschienen in: Rare Metals 7/2023

27.03.2023 | Original Article

Shearing-force-driven delamination of waste residue into oxidatively stable MXene composites for high-performance Si anode

verfasst von: Peng Liu, Zhi-Hao Zhu, Wen Zhang, Jia-Yi Liu, Zhong Su, Xin-Hua Liu, Shi-Chun Yang, Chao Lai

Erschienen in: Rare Metals | Ausgabe 7/2023

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

The low yield of MXene is normally related to the delaminating step, contributing to the key technical challenges in moving toward industrial applications. Here, a shearing-force-driven strategy is proposed for re-exfoliating waste MXene residue to prepare oxidatively stable MXene composites in a low-cost manner, where the strong shear stress in the assisted solvent, such as carbon nanotubes (CNTs), chitosan (CS), and polyacrylamide (PAM) aqueous solutions, acts on the surface of MXene (Ti3C2Tx) through coordination between hydroxyl and Ti atoms, resulting in a rapid and efficient exfoliation of waste Ti3C2Tx residue under stirring. Furthermore, this formed coordinate bond helps to stabilize the low-valent Ti atoms on the surface of MXene, thereby enhancing the oxidative stability of Ti3C2Tx. Besides, the CNT@MXene composite is selected to construct a free-standing membrane to encapsulate Si nanoparticles, achieving a high and reversible capacity after 50 cycles. This work supports the concept of valorizing waste and adopts a fluid shear force-assisted method to re-exfoliate waste residues, which greatly reduces the cost of processing and improves the chemical stability of MXene. More importantly, this work has uncovered a new direction for the commercialization of MXene composites and has significantly improved the real-world applications of MXene-based materials.

Graphical abstract

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Anhänge
Nur mit Berechtigung zugänglich
Literatur
[22]
Zurück zum Zitat Coleman JN, Lotya M, O’Neill A, Bergin SD, King PJ, Khan U, Young K, Gaucher A, De S, Smith RJ, Shvets IV, Arora SK, Stanton G, Kim HY, Lee K, Kim GT, Duesberg GS, Hallam T, Boland JJ, Wang JJ, Donegan JF, Grunlan JC, Moriarty G, Shmeliov A, Nicholls RJ, Perkins JM, Grieveson EM, Theuwissen K, McComb DW, Nellist PD, Nicolosi V. Two-dimensional nanosheets produced by liquid exfoliation of layered materials. Science. 2011;331(6017):568. https://doi.org/10.1126/science.1194975.CrossRef Coleman JN, Lotya M, O’Neill A, Bergin SD, King PJ, Khan U, Young K, Gaucher A, De S, Smith RJ, Shvets IV, Arora SK, Stanton G, Kim HY, Lee K, Kim GT, Duesberg GS, Hallam T, Boland JJ, Wang JJ, Donegan JF, Grunlan JC, Moriarty G, Shmeliov A, Nicholls RJ, Perkins JM, Grieveson EM, Theuwissen K, McComb DW, Nellist PD, Nicolosi V. Two-dimensional nanosheets produced by liquid exfoliation of layered materials. Science. 2011;331(6017):568. https://​doi.​org/​10.​1126/​science.​1194975.CrossRef
[34]
Zurück zum Zitat Ghassemi H, Harlow W, Mashtalir O, Beidaghi M, Lukatskaya MR, Gogotsi Y, Taheri ML. In situ environmental transmission electron microscopy study of oxidation of two-dimensional Ti3C2 and formation of carbon-supported TiO2. J Mater Chem A. 2014;2(35):14339. https://doi.org/10.1039/C4TA02583K.CrossRef Ghassemi H, Harlow W, Mashtalir O, Beidaghi M, Lukatskaya MR, Gogotsi Y, Taheri ML. In situ environmental transmission electron microscopy study of oxidation of two-dimensional Ti3C2 and formation of carbon-supported TiO2. J Mater Chem A. 2014;2(35):14339. https://​doi.​org/​10.​1039/​C4TA02583K.CrossRef
[36]
Zurück zum Zitat Zhao X, Vashisth A, Blivin JW, Tan Z, Holta DE, Kotasthane V, Shah SA, Habib T, Liu S, Lutkenhaus JL, Radovic M, Green MJ. pH, Nanosheet concentration, and antioxidant affect the oxidation of Ti3C2Tx and Ti2CTxMXene dispersions. Adv Mater Interfaces. 2020;7(20):2000845. https://doi.org/10.1002/admi.202000845.CrossRef Zhao X, Vashisth A, Blivin JW, Tan Z, Holta DE, Kotasthane V, Shah SA, Habib T, Liu S, Lutkenhaus JL, Radovic M, Green MJ. pH, Nanosheet concentration, and antioxidant affect the oxidation of Ti3C2Tx and Ti2CTxMXene dispersions. Adv Mater Interfaces. 2020;7(20):2000845. https://​doi.​org/​10.​1002/​admi.​202000845.CrossRef
[40]
Zurück zum Zitat Li Y, Shao H, Lin Z, Lu J, Liu L, Duployer B, Persson POA, Eklund P, Hultman L, Li M, Chen K, Zha XH, Du S, Rozier P, Chai Z, Raymundo-Pinero E, Taberna PL, Simon P, Huang Q. A general Lewis acidic etching route for preparing MXenes with enhanced electrochemical performance in non-aqueous electrolyte. Nat Mater. 2020;19(8):894. https://doi.org/10.1038/s41563-020-0657-0.CrossRef Li Y, Shao H, Lin Z, Lu J, Liu L, Duployer B, Persson POA, Eklund P, Hultman L, Li M, Chen K, Zha XH, Du S, Rozier P, Chai Z, Raymundo-Pinero E, Taberna PL, Simon P, Huang Q. A general Lewis acidic etching route for preparing MXenes with enhanced electrochemical performance in non-aqueous electrolyte. Nat Mater. 2020;19(8):894. https://​doi.​org/​10.​1038/​s41563-020-0657-0.CrossRef
[42]
[46]
Metadaten
Titel
Shearing-force-driven delamination of waste residue into oxidatively stable MXene composites for high-performance Si anode
verfasst von
Peng Liu
Zhi-Hao Zhu
Wen Zhang
Jia-Yi Liu
Zhong Su
Xin-Hua Liu
Shi-Chun Yang
Chao Lai
Publikationsdatum
27.03.2023
Verlag
Nonferrous Metals Society of China
Erschienen in
Rare Metals / Ausgabe 7/2023
Print ISSN: 1001-0521
Elektronische ISSN: 1867-7185
DOI
https://doi.org/10.1007/s12598-022-02182-z

Weitere Artikel der Ausgabe 7/2023

Rare Metals 7/2023 Zur Ausgabe

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.