Сілтілі және қышқылды орталардағы суперконденсаторларға арналған көпқабатты Ti₃C₂Tₓ MXene материалын кешенді зерттеу

Авторлар

DOI:

10.15328/cb2026_127

Кілт сөздер:

MXene Ti₃C₂Tₓ, MAX phase Ti₃AlC₂, supercapacitor, aqueous electrolytes, electrochemical energy storage

Аңдатпа

Көпқабатты Ti3С2Tx MXene Ti3AlC2 MAX-фазасынан фторсутек қышқылымен өңдеу және кейіннен жұмсақ шайқау арқылы қабаттарын ажырату әдісімен синтезделді. Нәтижесінде қабатаралық арақашықтығы шамамен 1,2-1,3 нм болатын жақсы сақталған қабатты құрылым алынды. Құрылымдық және спектроскопиялық талдаулар алюминий қабаттарының тиімді жойылғанын және аккордеон тәрізді морфологиясы бар функционалданған MXene қабаттарының түзілгенін растады. Электрохимиялық қасиеттері сілтілі және қышқылды электролиттерді пайдалана отырып, симметриялы екі электродты ұяшықтарда жүйелі түрде зерттелді. MXene негізіндегі электрод сілтілі ортада циклдік вольтамперограммалардың квазитікбұрышты пішінін және симметриялы заряд–разряд қисықтарын көрсетті, бұл зарядтың негізінен сыйымдылық механизмі арқылы жинақталатынын, процестің жақсы қайтымдылығын және жоғары жылдамдықтық сипаттамаларын дәлелдейді. Ең жоғары меншікті сыйымдылық пен тұрақтылық 6 М KOH ерітіндісінде байқалып, төмен сканерлеу жылдамдықтарында шамамен 70-72 Ф/г мәніне жетті. Бұл жоғары иондық өткізгіштікке, заряд тасымалдау кедергісінің төмендеуіне және иондардың жылдам диффузиясына байланысты болып, электрохимиялық импеданстық спектроскопия (EIS) нәтижелерімен де расталды. Ал қышқылды электролитте циклдік вольтамперограммалардың бұрмалануы және поляризацияның артуы байқалды, бұл заряд тасымалдау кинетикасының баяулауын және диффузиялық шектеулердің бар екенін көрсетті. Алынған нәтижелер заряд жинақтау механизмдерін анықтауда электролиттің химиялық табиғатының шешуші рөл атқаратынын көрсетеді және көпқабатты Ti3С2Tx MXene материалының концентрлі сілтілі электролиттердегі суперконденсаторлар үшін жоғары әлеуетке ие екенін дәлелдейді.

Автор өмірбаяндары

  • А.Б. Түгелбаева, Satbayev University

    ғылыми қызметкер

  • Б.К. Балғабаева, Satbayev University, Al-Farabi Kazakh National University

    Магистрант, кіші ғылыми қызметкер

  • Ф. Султанов, Назарбаев Университеті, Satbayev University, Астана ұлттық зертханасы, Назарбаев Университеті

    PhD, профессор

  • Ж.А. Супиева, Satbayev University, Al-Farabi Kazakh National University

    PhD, доцент

Әдебиеттер тізімі

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

Жарияланды

2026-06-30

Журналдың саны

Нөмір 119 № 2 (2026): ҚазҰУ Хабаршысы. Химия Сериясы (Дайындық процесінде)

Бөлім

Physical Chemistry and Electrochemistry

Лицензия

Авторлық құқық (c) 2026 Zh.A. Supiyeva, A.B. Tugelbayeva, B. Balgabayeva, F. Sultanov

Creative Commons лицензиясы

Бұл жұмыс Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Дүние жүзінде.

Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License (CC BY-NC-ND 4.0) that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.

Дәйексөзді қалай келтіруге болады

Сілтілі және қышқылды орталардағы суперконденсаторларға арналған көпқабатты Ti₃C₂Tₓ MXene материалын кешенді зерттеу. (2026). ҚазҰУ Хабаршысы. Химия сериясы, 119(2), In Press. https://doi.org/10.15328/cb2026_127

Ұқсас мақалалар

1-10 тен 21

Бұл мақала үшін Кеңейтілген нұсқалар бойынша ұқсас мақалаларды іздеу.