镍掺杂的Ti3C2TxMXene的增强电化学性能和理论见解

二维MXenes因其卓越的电导率和电化学活性而广受瞩目，使其在电极应用中具有高度的前景。然而，MXene纳米片的重叠会通过减少活性位点和阻碍离子传输来损害其功能。本研究提出了一种简单的合成方法用于镍掺杂MXene，旨在增强表面反应性，避免重叠，并实现电化学性能的改善。电化学研究表明，镍‐MXene杂化物显示出更好的循环稳定性，在10,000个循环后保持83.7%的容量，并在1872 W kg−1的功率密度下实现26 Wh kg−1的能量密度。在氢气析出反应中，在10和100 mA cm−2下分别表现出109 mV和482 mV的过电位。为了预测镍掺入所引起的结构和电气变化，并理解插层机制，进行了自旋极化密度泛函理论计算。理论结果显示镍‐MXene具有更高的载流子浓度。镍‐MXene具有优越的电子特性和富余的活性位点，以及六方密堆积（hcp）边缘位点，从而增强了电化学性能。我们的结果表明，镍插层不仅防止了MXene的重叠，还显著改善了其电化学特性，使其在能源储存和催化应用中理想。