二维(2D)材料因其具有较大的表面积、易于接近的氧化还原活性位点和丰富的离子扩散通道，在储能领域得到了广泛的研究。然而，二维材料在电化学储能过程中严重的自堆积和体积膨胀是限制其应用的关键挑战。本文提出了一种通过对氨基苯甲酸(PABA)分子在Ti₃C₂和氧化石墨烯片层之间的选择性焊接来构建具有稳定层状结构的氧化石墨烯和Ti₃C₂层状纳米复合物(GO-PABA-Ti₃C₂)的有效策略。刚性的PABA分子通过HN-C=O键焊接在Ti₃C₂和GO片材之间，这种柱状/应变效应增强了Ti₃C₂和GO片材的结构稳定性，缓解了Li+插入/提取过程中的自重新堆积。GO-PABC-Ti₃C₂表现出优异的Li+存储性能，经过230次循环后在0.1 Ag⁻¹的比容量为493.0 mAh g⁻¹，经过700次循环后在1.0 Ag⁻¹的库仑效率为99.0%。原位XRD测量表明，通过PABA分子焊接制备的GO-PABC-Ti₃C₂在充放电过程中具有稳定的层状结构，具有良好的循环稳定性和较长的循环寿命。该策略提供了一种制备二维层状纳米复合材料的实用方法和一种增强锂离子存储性能的创新方法。
 
图1. GO-PABC-Ti₃C₂的制作工艺示意图。
 
图2 (a) m-Ti₃C₂、Ti₃C₂-NH₂和GO-PABA-Ti₃C₂的FTIR光谱。(b)纯m-Ti₃C₂和GO-PABC-Ti₃C₂的XPS测量光谱和(c) c 1s高分辨率光谱。(d) GO、m-Ti3C2和GO-PABC-Ti₃C₂的XRD图案。(e) m-Ti₃C₂和GO-PABC-Ti₃C₂的N2吸附/解吸曲线。
 
图3. (a) m-Ti₃C₂的SEM图像和(b) TEM图像。(c) GO的TEM图像。(d) SEM图像，(e) TEM图像，(f) HRTEM图像GO-PABC-Ti₃C₂。(g) GO-PABC-Ti₃C₂的TEM映射图像。
 
图4 GO-PABC-Ti₃C₂的电池相关性能测试01。
 
图5 GO-PABC-Ti₃C₂的电池相关性能测试02。
 
图6 GO-PABC-Ti₃C₂的电池相关性能测试03。
 
       相关科研成果由兰州理工大学材料科学与工程学院Mao-Cheng Liu等人2023年发表在ACS Applied Nano Materials (https://doi.org/10.1021/acsanm.2c05298)上。原文：Ti3C2/Graphene Oxide Layered Nanocomposites for Enhanced Lithium-Ion Storage。

转自《石墨烯研究》公众号