DOI: 10.1021/acs.iecr.2c01676

Zn和Co氧化物具有较高的理论容量，然而，由于导电性差和体积波动大，它们在锂离子电池（LIBs）领域的应用受到很大限制。在此，研究者通过将二维（2D）Ti3C2纳米片和零维（0D）ZnCo2O4纳米粒子结合在一维（1D）碳纳米纤维的表面和内部形成多突起纳米纤维结构（Ti3C2@ZnCo2O4@碳纳米纤维），用于锂离子存储。通过静电纺丝、退火和低温氧化制备的Ti3C2@ZnCo2O4@碳纳米纤维复合材料提供了丰富的活性位点和高效的导电网络，以提高锂离子的存储容量和传输速率。Ti3C2@ZnCo2O4@碳纳米纤维负极具有高可逆比容量（0.2A/g时为1112.51mAh/g）、出色的循环稳定性（300次循环后在0.5A/g下为603.796mAh/g）和优异的倍率性能（3A/g时为455.05mAh/g，当电流恢复至0.1A/g时保持920.17mAh/g）。显著的锂存储性能源于稳定的多突起纳米纤维结构和快速的电化学动力学。总之，Ti3C2@ZnCo2O4@碳纳米纤维独特的结构设计也为其他电化学领域提供了有效的策略。

图1.Ti3C2@ZnCo2O4@碳纳米纤维的制备示意图。

图2.（a）Ti3AlC2 MAX,（b）Ti3C2 MXene,（c,d）Ti3C2@Co2+@Zn2+@PAN纳米纤维,（e,f）Ti3C2@Co@Zn@碳纳米纤维,和（g,h）Ti3C2@ZnCo2O4@碳纳米纤维的SEM图像。

图3.（a）Ti3C2@ZnCo2O4@碳纳米纤维和（b）ZnCo2O4@碳纳米纤维的TEM照片，（c）Ti3C2@ZnCo2O4@碳纳米纤维的高分辨率TEM（HR-TEM）照片，（d）Ti3C2@ZnCo2O4@碳纳米纤维的SAED，（e）Ti3C2@ZnCo2O4@碳纳米纤维的高角度环形暗场TEM（HAADF-TEM）及其相应的能量色散X射线元素映射图像。

图4.PAN碳纳米纤维、Ti3C2@Co@Zn@碳纳米纤维复合材料和Ti3C2@ZnCo2O4@碳纳米纤维复合材料的XRD图谱。

图5.Ti3C2@ZnCo2O4@碳纳米纤维复合材料的X射线光电子能谱（XPS）。（a）全光谱扫描。（b）Co2p的高分辨率光谱。（c）Zn2p的高分辨率光谱。（d）O1s的高分辨率光谱。（e）N1s的高分辨率光谱。（f）Ti2p的高分辨率光谱。（g）C1s的高分辨率光谱。Ti3C2@ZnCo2O4@碳纳米纤维复合材料的吸附-解吸等温线。（h）（i）Ti3C2@ZnCo2O4@碳纳米纤维复合材料的孔径分布曲线。

图6.（a）Ti3C2@ZnCo2O4@碳纳米纤维电极的CV曲线。（b）Ti3C2@ZnCo2O4@碳纳米纤维电极在0.2A/g下的前三个恒电流充放电曲线。（c）Ti3C2@ZnCo2O4@碳纳米纤维电极的倍率性能。（d）Ti3C2@ZnCo2O4@碳纳米纤维电极在不同电流密度下的充放电曲线。（e）Ti3C2@ZnCo2O4@碳纳米纤维电极在0.5A/g电流密度下的循环稳定性。（f）具有不同Ti3C2 MXene含量的Ti3C2@ZnCo2O4@碳纳米纤维电极在0.2A/g电流密度下的循环稳定性。（g）Ti3C2@ZnCo2O4@碳纳米纤维电极充放电反应机理图。

图7.Ti3C2@ZnCo2O4@碳纳米纤维电极的锂离子存储。（a）扫描速率为0.1-10mV/s时的CV曲线。（b）阳极和阴极峰的对数（扫描速率）与对数（峰值电流）图。（c）1mV/s扫描速率下的赝电容贡献。（d）不同扫描速率下的赝电容贡献（百分比）。（e）新鲜25-Ti3C2@ZnCo2O4@碳纳米纤维电极、Ti3C2@ZnCo2O4@碳纳米纤维电极、75-Ti3C2@ZnCo2O4@碳纳米纤维电极和100-Ti3C2@ZnCo2O4@碳纳米纤维电极的EIS光谱。（f）Ti3C2@ZnCo2O4@碳纳米纤维电极在0.5A/g下循环100次后的EIS光谱。（g）在低频范围内于0.5A/g下循环100次后，Ti3C2@ZnCo2O4@碳纳米纤维电极的Zre与ω-1/2的线性拟合。