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Critical Analysis of MXene Production with In-Situ HF Forming Agents for Sustainable Manufacturing

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Critical Analysis of MXene Production with In-Situ HF Forming Agents for Sustainable Manufacturing

I MXenes, materiali 2D, sono sempre più studiati come anodi in batterie al sodio. La difficoltà nel loro utilizzo industriale è la tecnica di sintesi, che include l’uso di acido fluoridrico (HF). In questo articolo sono mostrate tecniche di produzione di HF in-situ che possono superare il problema.

I MXeni sono una classe emergente di materiali usati per molte applicazioni, come: sensori, catalisi, dispositivi di accumulo di energia. La sintesi chimica è il principale ostacolo alla loro applicazione industriale, infatti è richiesto l’uso diretto di HF come agente di lisciviazione. Lo sviluppo di percorsi sintetici alternativi che sfruttino la formazione di HF in situ è la principale strategia per superare questa limitazione. In questo studio vengono confrontati quattro diversi metodi di lisciviazione basati sull’uso di NH4HF2, NaF HCl, HBF4 e NaBF4 HCl per produrre Ti3C2Tx da Ti3AlC2. Tre di questi metodi di lisciviazione sono già stati riportati in letteratura, mentre uno è presentato qui per la prima volta. L’analisi strutturale dei prodotti ottenuti si basa sulla diffrazione dei raggi X (XRD), sulla microscopia elettronica a scansione e spettroscopia a dispersione energetica dei raggi X (SEM-EDX) e sulla spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS).

 

Tutti i materiali sono stati testati in semicelle contro Na metallico; i profili di carica/scarica e i C-rate test sono stati discussi e messi in relazione con specifiche caratteristiche strutturali. Nel complesso, i risultati rivelano che il MXene ottenuto utilizzando l’agente lisciviante HBF4 è paragonabile sia per struttura che per proprietà funzionali al materiale di riferimento, ossia il MXene prodotto utilizzando HF al 5% di concentrazione. Infatti, il MXene sintetizzato con l’HBF4 presenta bassa tensione media e bassa isteresi di potenziale, mentre presenta la più alta efficienza coulombica al primo ciclo (69,7%), superando le prestazioni del MXene prodotto con il 5% di HF (67%). Questo studio dimostra la possibilità di produrre MXene con un metodo più sostenibile.

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