Комплексное исследование многослойного MXene Ti₃C₂Tₓ для суперконденсаторов в щелочных и кислых средах
DOI:
10.15328/cb2026_127Ключевые слова:
MXene Ti3С2Tx, MAX-фаза Ti3AlC2, суперконденсатор, водные электролиты, электрохимическое накопление энергииАннотация
Многослойный MXene Ti3С2Tx был синтезирован из MAX-фазы Ti3AlC2 методом травления HF с последующим мягким расслоением при встряхивании, что обеспечило получение хорошо сохранившихся слоистых структур с увеличенным межслоевым расстоянием около 1,2-1,3 нм. Структурный и спектроскопический анализ подтвердил эффективное удаление слоев Al и формирование функционализированных MXene слоев характерной аккордеоноподобной морфологией. Электрохимические свойства были систематически исследованы в симметричных двухэлектродных ячейках с использованием щелочных и кислых электролитов. Электрод на основе MXene продемонстрировал квази-прямоугольные кривые циклической вольтамперометрии и симметричные кривые заряд–разряд в щелочной среде, что свидетельствует о преимущественно емкостном механизме накопления заряда, хорошей обратимости и высокой скоростной способности. Наиболее высокие значения удельной емкости и стабильности были получены в 6 М KOH, достигая около 70-72 Ф/г при низких скоростях сканирования, что обусловлено повышенной ионной проводимостью, снижением сопротивления переносу заряда и ускоренной диффузией ионов, что также подтверждается результатами электрохимической импедансной спектроскопии (EIS). Напротив, в кислой среде наблюдались искаженные кривые циклической вольтамперометрии и повышенная поляризация, указывающие на замедленную кинетику переноса заряда и ограничения диффузии. Полученные результаты подчеркивают решающую роль химической природы электролита в формировании механизмов накопления заряда и демонстрируют высокий потенциал многослойного MXene Ti3С2Tx для применения в суперконденсаторах с концентрированными щелочными электролитами.
Библиографические ссылки
1. Koudahi MF, Frąckowiak E (2024) Small 20(21):2307165. https://doi.org/10.1002/smll.202307165
2. Otun KO, Mukhtar A, Hossain I, Abdulsalam J (2024) J Energy Storage 85:114127. https://doi.org/10.1016/j.est.2024.114127
3. Nahirniak S, Ray A, Saruhan B (2023) Batteries 9(2):126. https://doi.org/10.3390/batteries9020126
4. Naguib M, Kurtoglu M, Presser V, et al (2011) Adv Mater 23(37):4248–4253. https://doi.org/10.1002/adma.201102306
5. Anu MA, Tomy M, Manimehala U, Xavier TS (2025) Mater Res Bull 185:113315. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2025.113315
6. Naguib M, Mashtalir O, Carle J, et al (2012) ACS Nano 6(2):1322–1331. https://doi.org/10.1021/nn204153h
7. Otgonbayar Z, Yang S, Kim IJ, Oh WC (2023) Nanomaterials 13(5):919. https://doi.org/10.3390/nano13050919
8. Lepikhin MS, Ryabicheva MA, Zhigalyonok YS, et al (2025) Chem Bull Kazakh Natl Univ 115(2):32–46. https://doi.org/10.15328/cb1382
9. Askaruly K, Supiyeva Zh, Azat S, et al (2025) J Power Sources 659:238423. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2025.238423
10. Sun M, Ye W, Zhang J, Zheng K (2024) Inorganics 12(4):112. https://doi.org/10.3390/inorganics12040112
11. Dixit P, Maiti T (2022) Ceram Int 48(24). https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.08.172
12. Naguib M, Gogotsi Y (2015) Acc Chem Res 48(1):128–135. https://doi.org/10.1021/ar500346b
13. Gogotsi Y, Anasori B (2019) ACS Nano 13(8):8491–8494. https://doi.org/10.1021/acsnano.9b06394
14. Kumari K, Chatterjee S, Raj R, et al (2026) ACS Appl Electron Mater 8(9)4234–4246. https://doi.org/10.1021/acsaelm.6c00378
15. Ghidiu M, Lukatskaya MR, Zhao MQ, et al (2015) Nature 516(7529):78–81. https://doi.org/10.1038/nature13970
16. Maleski K, Ren CE, Zhao MQ, et al (2018) ACS Appl Mater Interfaces 10(29):24491–24498. https://doi.org/10.1021/acsami.8b04662
17. Zhang CJ, Pinilla S, McEvoy N, et al (2017) Chem Mater 29(11):4848–4856. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.7b00745
18. Aslam A, Nadeem N, Balgabayeva B, et al (2025) Inorg Chem Commun 181:115191. https://doi.org/10.1016/j.inoche.2025.115191
19. Panda S, Deshmukh K, Khadheer Pasha SK, et al (2022) Coord Chem Rev 466:214518. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2022.214518
20. Arole K, Pas SE, Thakur RM, et al (2024) ACS Appl Mater Interfaces 16(46):64156–64165. https://doi.org/10.1021/acsami.4c12659
21. Jia XT, Xing HW, Cheng XW, et al (2025) Nanomaterials 15(3):204. https://doi.org/10.3390/nano15030204
22. Alonzo SMM, Bastakoti BP (2025) Mater Today Nano 32:100704. https://doi.org/10.1016/j.mtnano.2025.100704
23. Magesh V, Sundramoorthy AK, Ganapathy D, et al (2023) Biosensors 13(1):54. https://doi.org/10.3390/bios13010054
24. Adomaviciute-Grabusove S, Popov A, Ramanavicius S, et al (2024) ACS Nano 18(20):17143–17158. https://doi.org/10.1021/acsnano.4c02150
25. Pazniak A, Bazhin P, Shplis N, et al (2019) Mater Des 183:108143. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.108143
26. Yao L, Tian X, Cui X, et al (2021) J Mater Sci Mater Electron 32(23):27837–27848. https://doi.org/10.1007/s10854-021-07166-w
27. Verma KD, Kar KK (2025) Chem Eng J 504:158938. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.158938
28. Kenzhebek M, Mentbayeva A, Supiyeva Zh, Kabyshev A, Sultanov F (2025) Mater Lett 396:138773. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2025.138773
29. Cai Y, Chen X, Xu Y, et al (2024) Carbon Energy 6:e501. https://doi.org/10.1002/cey2.501
30. Purbayanto MAK, Jakubczak M, Bury D, et al (2022) ACS Appl Nano Mater 5(4):5067–5078. https://doi.org/10.1021/acsanm.2c00365
31. Dong Y, Wu ZS, Zheng S, et al (2017) ACS Nano 11(5):4792–4800. https://doi.org/10.1021/acsnano.7b01165
32. Liu N, Li Q, Wan H, et al (2022) Nat Commun 13(1):6249. https://doi.org/10.1038/s41467-022-33280-2
33. Anjum N, Rahman MM, Elattar A, et al (2025) Adv Sustain Syst 9(8):2500402. https://doi.org/10.1002/adsu.202500402
34. Zheng W, Halim J, Rosen J, Barsoum MW (2022) Adv Energy Sustain Res 3(2):2100147. https://doi.org/10.1002/aesr.202100147
35. Mansurov Z, Supiyeva Zh, Avchukir Kh, et al (2019) Eurasian Chem J 21(4):371–378. https://doi.org/10.18321/ectj885
36. Supiyeva Zh, Mansurov Z, Azat S, Abbas Q (2024) Front Chem 12:1377144. https://doi.org/10.3389/fchem.2024.1377144
37. Feng S, Wang X, Wang M, et al (2021) Nano Lett 21(18)7561–7568. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c02071
38. Liu Y, Zhou H, Zhou W, Meng S, Qi C, Liu Z, Kong T (2021) Adv Energy Mater 11(30):2101329. https://doi.org/10.1002/aenm.202101329
39. Navarro-Suárez AM, Van Aken KL, Mathis T, et al (2018) Electrochim Acta 259:752–765. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2017.10.125
40. Rakhi RB, Ahmed B, Hedhili MN, Anjum DH, Alshareef HN (2015) Chem Mater 27(15):5314–5323. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.5b01623
41. Murugesan RA, Nagamuthu Raja KC (2023) Mater Res Bull 163:112217. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2023.112217
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2026 Zh.A. Supiyeva, A.B. Tugelbayeva, B. Balgabayeva, F. Sultanov
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License (CC BY-NC-ND 4.0), которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
