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Laser-sculptured ultrathin transition metal carbide layers for energy storage and energy harvesting applications

机译:激光雕刻的超薄过渡金属碳化物层用于能量存储和能量收集应用

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摘要

Ultrathin transition metal carbides with high capacity, high surface area, and high conductivity are a promising family of materials for applications from energy storage to catalysis. However, large-scale, cost-effective, and precursor-free methods to prepare ultrathin carbides are lacking. Here, we demonstrate a direct pattern method to manufacture ultrathin carbides (MoCx, WCx, and CoCx) on versatile substrates using a CO2 laser. The laser-sculptured polycrystalline carbides (macroporous, ~10–20 nm wall thickness, ~10 nm crystallinity) show high energy storage capability, hierarchical porous structure, and higher thermal resilience than MXenes and other laser-ablated carbon materials. A flexible supercapacitor made of MoCx demonstrates a wide temperature range (−50 to 300 °C). Furthermore, the sculptured microstructures endow the carbide network with enhanced visible light absorption, providing high solar energy harvesting efficiency (~72 %) for steam generation. The laser-based, scalable, resilient, and low-cost manufacturing process presents an approach for construction of carbides and their subsequent applications.
机译:具有高容量,高表面积和高导电性的超薄过渡金属碳化物是一种有前途的材料系列,可用于从能量存储到催化的各种应用。然而,缺乏大规模,成本有效且无前体的制备超薄碳化物的方法。在这里,我们演示了使用CO2激光在通用基板上制造超薄碳化物(MoCx,WCx和CoCx)的直接图案方法。与MXenes和其他激光烧蚀碳材料相比,激光雕刻的多晶碳化物(大孔,壁厚约10-20–nm,结晶度约10 nm)显示出高能量存储能力,分层多孔结构和更高的热弹性。由MoCx制成的柔性超级电容器具有较宽的温度范围(−50至300 C)。此外,雕刻的微结构使碳化物网络具有增强的可见光吸收能力,从而为蒸汽产生提供了很高的太阳能收集效率(约72%)。基于激光的,可扩展的,有弹性的,低成本的制造工艺提出了一种构造碳化物及其后续应用的方法。

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