Hydrothermale Synthese Metallkarbid-abgeleiteter Metalloxidnanopartikel und deren Eignung für elektrochemische Energiespeicher (electro-MOXen)
Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
MXene sind eine neue und schnell wachsende Familie an keramischen 2D Materialien aus der Familie der Karbide, Nitride und Karbonitride. Die Oxidation (oder Sulfidisierung) der in den MXenen enthaltenen Metallatome oder Übergangsmetallatome ermöglicht die Bildung von Oxid/Kohlenstoff und Sulfid/Kohlenstoff Hybridmaterialien mit besonderen strukturellen, morphologischen und elektrochemischen Eigenschaften. Unsere Arbeiten zeigen, dass die Stöchiometrie aber auch der Entschichtungsgrad, die Kristallstruktur von MXen und die Morphologie allesamt einen Einfluss auf die Eigenschafften der resultierenden MXen-Derivate haben. Die Eignung für Batterien (und für die Elektrokatalyse), also für Anwendungen der Energiespeicherung und Energiewandlung, hängt stark von der Struktur, Textur, Kristallinität und Zusammensetzung der MXen-Derivate ab. Nanoskopischer Kohlenstoff oder residuales Karbid sind dabei sehr gut geeignet, die elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen und verbesserte Leistungskennziffern in der elektrochemischen Anwendung zu erhalten. Ebenso wichtig ist die Nanoskalizität der MXen-Derivate und ein homogener Reaktionsprozess. Unsere Arbeit etabliert auch eine neuartige und vollständig HF-freie MXen-Synthese auf Basis ionischer Flüssigkeiten, wenngleich im Moment die Zugabe von Wasser noch notwendig ist. Auch zeigte unsere Arbeit, dass MOXene als oxidierte MX-Derivate auch direkt aus der MAX-Phase abgeleitet werden können. Bei MAX- Phasen wie Ti2SnC sind intrinsisch sowohl das Oxid aus M-Atomen (TiO2) als auch das Oxid von A-Atomen (Sn) interessante Batterieelektrodenmaterialien.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Ionic Liquid-Based Synthesis of Mxene, Chemical Communications 56(75) (2020) 11082-11085
S. Husmann, Ö. Budak, H. Shim, K. Liang, M. Aslan, A. Kruth, A. Quade, M. Naguib, V. Presser
(Siehe online unter https://doi.org/10.1039/D0CC03189E) - Layered Nano-Mosaic of Niobium Disulfide Heterostructures by Direct Sulfidation of Niobium Carbides Mxenes for Hydrogen Evolution, Advanced Materials Interfaces 9(14) (2022) 2102185
S. Husmann, M. Torkamanzadeh, K. Liang, A. Majed, C. Dun, J.J. Urban, M. Naguib, V. Presser
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/admi.202102185)
