MXene@CZTS异质结构交错纳米片的可逆稳定储钠性能研究及其在钠离子电池中的应用

为解决钠离子电池(SIBs)负极材料容量低、循环稳定性差的问题，研究人员通过水热法在单层Ti3C2Tx MXene上原位生长Sn-Zn共掺杂Cu2ZnSnS4(CZTS)纳米片，构建了MXene@CZTS异质结构。该材料在0.2 A g?1下具有475.7 mAh g?1的高比容量，2 A g?1循环1000次后仍保持332 mAh g?1的可逆容量，库仑效率近100%，为高性能SIBs负极材料开发提供了新思路。

　　

随着全球变暖加剧和化石燃料储量锐减，开发高效储能技术成为当务之急。钠离子电池(SIBs)因钠资源丰富、成本低廉等优势备受关注，但其负极材料面临钠离子半径大导致的容量衰减快、循环寿命短等挑战。传统碳基材料理论容量有限，而合金类材料体积膨胀严重，过渡金属硫化物虽具有多电子反应机制和高理论容量，却存在导电性差、反应动力学缓慢等瓶颈。

陕西某研究机构的研究人员创新性地将二维材料Ti₃C₂T_x MXene与四元硫化物Cu₂ZnSnS₄(CZTS)结合，通过选择性阳离子共掺杂策略构建了MXene@CZTS异质结构。该研究通过化学蚀刻法制备单层Ti₃C₂T_x MXene纳米片，再经水热反应原位生长Sn-Zn共掺杂CZTS纳米片，最终获得具有丰富异质界面的复合材料。相关成果发表在《Journal of Energy Storage》上。

关键技术包括：1) LiF/HCl溶液蚀刻Ti₃AlC₂制备MXene；2) 离心剥离获得单层纳米片；3) 水热法实现Sn-Zn共掺杂CZTS的原位生长；4) 通过XRD、SEM等表征材料结构。

Preparation of Ti₃C₂T_x Mxene
采用选择性蚀刻法去除Ti₃AlC₂中的Al层，经超声剥离获得单层Ti₃C₂T_x MXene，其丰富的表面官能团为后续异质结构构建奠定基础。

Preparation of MXene@CZTS
通过精确控制金属盐比例，在MXene表面均匀生长Sn-Zn共掺杂CZTS纳米片，形成交错纳米结构。Sn掺杂提升容量，Zn掺杂缓解晶格应变，MXene基底增强电子传导。

Results and discussion
电化学测试显示：异质结构产生协同效应，MXene提供导电网络，CZTS提供活性位点。在0.2 A g^?1电流密度下比容量达475.7 mAh g^?1，2 A g^?1循环1000次容量保持率超70%，远优于单一组分材料。

Conclusion
该研究通过多组分协同设计，同时实现了高容量（Sn贡献）、结构稳定（Zn调节）和快速动力学（MXene传导）。MXene@CZTS异质结构为开发兼具高能量密度和长循环寿命的SIBs负极材料提供了新范式，对推动大规模储能技术发展具有重要意义。