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本文亮點(diǎn) 

1  采用超薄MXene納米片包裹NiSe₂八面體晶體，建立了NiSe₂納米晶體與MXene納米片(NiSe₂/Ti₃C₂T_x)之間的強(qiáng)界面化學(xué)相互作用。

2  NiSe₂/Ti₃C₂T_x復(fù)合在超級(jí)電容器和析氫反應(yīng)中均表現(xiàn)出優(yōu)異的性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

3  NiSe₂納米晶是因MXene納米薄片作為其氧化的保護(hù)層而穩(wěn)定的。

硒化金屬化合物，如NiSe₂，作為一種多功能的儲(chǔ)能和交流材料，顯示出巨大的潛力。然而，由于純NiSe₂循環(huán)穩(wěn)定性差、電導(dǎo)率低、電化學(xué)活性位點(diǎn)不足，限制了其作為電極材料的應(yīng)用。

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為了彌補(bǔ)這些缺陷，重慶大學(xué)董立春教授課題組采用超薄MXene納米片包裹NiSe₂八面體晶體，制備了一種界面相互作用強(qiáng)、電性能優(yōu)良的新型NiSe₂/Ti3C2Tx復(fù)合體。

NiSe₂/Ti₃C₂T_x混合表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能，在電流密度為1 A/g時(shí)，超級(jí)電容器的比電容的高達(dá)531.2 F/g，同時(shí)，用于析氫反應(yīng)時(shí)，塔費(fèi)爾斜率僅僅為37.7 mV/dec。

此外，NiSe₂/Ti₃C₂T_x復(fù)合材料在超級(jí)電容器和HER中的循環(huán)穩(wěn)定性都得到了提高。

相比于NiSe₂，這些顯著的改善應(yīng)歸因于NiSe₂八面體晶體和Ti₃C₂T_x強(qiáng)的界面相互作用，提供增強(qiáng)的電導(dǎo)率、快速電荷轉(zhuǎn)移以及豐富活躍的活性位點(diǎn)，同時(shí)這種組合的多功能應(yīng)用是有潛力的，如能量儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換。

圖文導(dǎo)讀

NiSe2和NiSe2/Ti3C2Tx復(fù)合材料的微觀形貌與結(jié)構(gòu)分析

如圖1所示，未修飾的NiSe₂和NiSe₂/Ti₃C₂T_x復(fù)合材料在掃描電鏡下均表現(xiàn)出典型的八面體配置，平均尺寸在1μm左右。

然而，NiSe₂/Ti₃C₂T_x晶體表面的玻璃似乎相對(duì)較多。TEM進(jìn)一步分析表明，這一現(xiàn)象可能是由于八面體NiSe₂粒子表面均勻覆蓋了Ti₃C₂T_x納米薄片的超薄層(圖1c)，這可能為電荷存儲(chǔ)或電催化提供了額外的電輸運(yùn)路徑。

圖1 不含(a)和含(b)Ti₃C₂T_x復(fù)合物的NiSe₂的SEM圖像。(c，d)不同放大倍數(shù)的NiSe₂/Ti₃C₂T_x復(fù)合物的TEM圖像。(e)HAADF−STEM圖像的NiSe₂/Ti₃C₂T_x混合和相應(yīng)的EDX元素映射的Ni, Se，和Ti元素。

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NiSe2和NiSe2/Ti3C2Tx復(fù)合材料的電化學(xué)性能分析

NiSe₂和NiSe₂/Ti₃C₂T_x復(fù)合材料的超電性能分析

從圖3可以看出，相比于未修飾的NiSe₂，NiSe₂/Ti₃C₂T_x復(fù)合材料的容量有較大程度的提高，此外，由于MXene的表面修飾，材料的導(dǎo)電性也有了較大提高，接觸內(nèi)阻也有所下降。 

圖3 超級(jí)電容器在2 M KOH溶液中的性能: (a) 未修飾NiSe₂和NiSe₂/Ti₃C₂T_x在10 mV/s掃速下的CV圖。(b)未修飾NiSe₂和NiSe₂/Ti₃C₂T_x在1.0 A/g電流密度下的GCD曲線。(c)未修飾NiSe₂和NiSe₂/Ti₃C₂T_x的電流密度比容圖。(d)未修飾的NiSe₂和NiSe₂/Ti₃C₂T_x的Nyquist圖(插圖為高頻區(qū)域和擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的等效電路)

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NiSe₂和NiSe₂/Ti₃C₂T_x復(fù)合材料的HER性能分析

如圖4所示，該復(fù)合產(chǎn)物具有較好的催化活性。NiSe₂/Ti₃C₂T_x電極性能的提高是由于電荷從NiSe₂轉(zhuǎn)移到Ti₃C₂T_x，這可能提供了更快的吸附動(dòng)力學(xué)和更高的活性位點(diǎn)利用率，從而提高了HER效率

圖4 在0.5 M H₂SO₄溶液中的催化性能：(a)未改性的NiSe₂、NiSe₂/Ti₃C₂T_x復(fù)合物、純Ti₃C₂T_x、20 wt%Pt/C在掃描速率為5 mV/s的玻碳電極的LSV曲線。(b)未改性的NiSe₂、NiSe₂/Ti₃C₂T_x復(fù)合物、純Ti₃C₂T_x、20 wt%Pt/C的Tafel圖。(c)用循環(huán)伏安法提取不同電極的雙層電容。(d)不同電極材料阻抗圖。