DOI: 10.1016/j.cej.2022.134506

MXenes具有优异的力学和电学性能，在各种电化学能源领域显示出巨大的潜力。然而，当用作可充电电池负极材料时，二维（2D）Ti3C2Tx纳米片（NSs）的严重堆叠总是导致较差的可逆容量和反应动力学。为了更好地解决这些问题，本研究首先设计了一种涉及自组装的静电纺丝方法，以构建单层NSs组装的中空Ti3C2Tx亚微米管（Ti3C2Tx-SMT）。此外，通过综合理化分析，合理提出了Ti3C2Tx-SMT的可能形成机理。优化的Ti3C2Tx-SMT仅具有几层Ti3C2Tx厚度的超薄壁，显示出丰富的活性位点和便利的离子扩散/传输途径，提高了电化学利用率，保证了其优异的碱金属离子（Li+、Na+和K+）存储性能，高可逆容量和长期循环稳定性。更重要的是，本研究提供了一种2D超薄材料可作为先进碱金属离子电池和其他电池的通用电极。

图1.（a）Ti3C2Tx-SMT形成示意图；（b）不同放大倍数下PMMA/PVP-Ti3C2Tx的FESEM和（c,d）TEM图像；（e,f）Ti3C2Tx-SMT的FESEM图像和（g）管径的尺寸分布；（h,i）不同放大倍数下的TEM图像和测量的层间距（图（i）中的插图）；（j）Ti3C2Tx-SMT的STEM和相应的元素映射图像（Ti和C）。

图2.（a）Ti3C2Tx NSs、PVP和PVP-Ti3C2Tx的FT-IR光谱；（b）PVP分子与单层Ti3C2Tx之间的吸附机理示意图；（c）PMMA/PVP-Ti3C2Tx-2、（d）Ti3C2Tx-SMT-2、（e）PMMA/PVP-Ti3C2Tx-8和（f）Ti3C2Tx-SMT-8的FESEM图像。

图3.（a）Ti3C2Tx-SMT的AFM图像及相应的厚度分布；（b）Ti3C2Tx-SMT的力分离曲线；（c）Ti3C2Tx NSs、PMMA/PVP-Ti3C2Tx和Ti3C2Tx-SMT的XRD图；（d）Ti3C2Tx NSs和Ti3C2Tx-SMT的XPS全光谱；（e）Ti3C2Tx-SMT的N1s高分辨率XPS光谱；（f）Ti3C2Tx NSs和Ti3C2Tx-SMT的C1s高分辨率XPS光谱。

图4.电化学Li+存储：（a）Ti3C2Tx NSs、Ti3C2Tx-SMT-2、Ti3C2Tx-SMT和Ti3C2Tx-SMT-8负极第2个循环的CV曲线（0.1mV/s），（b）GCD曲线（0.2A/g），（c）循环性能（0.2A/g），（d）倍率性能和长期循环性能（1.0A/g）；（e）Ti3C2Tx NSs和Ti3C2Tx-SMT中离子传输的示意图；Ti3C2Tx NSs和Ti3C2Tx-SMT负极CV分析中（f）充电起始电位和（g）阳极峰值电位的比较；（h）Ti3C2Tx-SMT负极与其他报道的Ti3C2Tx基和衍生LIBs负极之间的倍率性能比较。

图5.电化学Na+和K+存储：（a）SIBs和（b）PIBs用Ti3C2Tx NSs和Ti3C2Tx-SMT负极的倍率性能和长期循环性能（1.0A/g）；（c）SIBs和（d）PIBs用Ti3C2Tx-SMT负极与其他报道的Ti3C2Tx基和衍生负极的倍率性能比较。