【前沿技术】常州大学：引入1D石墨烯作为2D MXene之间的垫片，用于超级电容器

二维过渡金属碳化物 Ti3C2TX（MXene）具有良好的导电性、高比表面积和类似金属氧化物的表面，因此非常适合应用于具有高能量密度和功率密度的超级电容器。然而，与其他二维材料类似，自堆积问题导致离子传输通道变窄，活性位点急剧减少，从而严重限制了基于 MXene 的电极的性能。为解决这一问题，本文，常州大学袁宁一 教授团队在《Dalton Trans》期刊发表名为“Introduction of 1D rGO nanoribbons as spacers between 2D MXenes for a high-performance electrode for supercapacitors    ”的论文，研究提出引入一维（1D）还原氧化石墨烯（rGO）纳米带作为MXene纳米片之间的间隔，以构建抑制自堆积的复合结构。正如预期的那样，由于 rGO 纳米带的立体效应和高纵横比，添加了5wt% 氧化石墨烯 (GO) 的 MXene/rGO 混合电极大大提高了比电容（5mV s-1 时为397.4Fg-1）和无与伦比的速率能力（2000mV s-1 时电容保持率为52.9%）。这项研究为开发用于先进储能设备的MXene基材料提供了重要启示。

2图文导读

图1、 M/G 混合薄膜的制备图示。

图2、对Ti3AlC2 MAX 相和蚀刻粉末的形态和结构进行了表征和比较。

图3 、SEM 图像：(a) GO 纳米片。(b) 具有互连网络的 GO 纳米带。(c) GO 纳米片和 GO 纳米带的拉曼光谱对比。(d) 氧化石墨烯和复合薄膜还原前后的 XRD 图。(e) M/G 薄膜的横截面 SEM 图像。

图4、 不同质量比（2.5%-10%）GO 的 M/G 电极的电化学性能比较。

图5 、M/G-5% 和 MXene 电极的性能比较。

图6、 对称器件的电化学特性。

3小结

总之，针对超级电容器电极材料 MXene 的自堆积问题，本文从复合结构构建的角度设计了薄膜电极。考虑到一维纳米材料的高宽比，本文引入了通过喷涂-快速冷冻法获得的GO纳米带作为构建混合薄膜的间隔材料。由于 1D rGO 纳米带的存在，形成的薄膜电极表现出快速的离子传输动力学，从而实现了优异的电化学性能。在 5mV s-1 的扫描速率下，M/G-5% 电极的比电容达到了 397.4Fg-1，并且在 2000 mV s-1 时电容保持率为 52.9%，显示出无与伦比的速率能力。同时，在功率密度为 600W kg-1 时，组装好的对称超级电容器装置的能量密度达到了11.2Wh kg-1。

文献：

DOI

https://doi.org/10.1039/D4DT02127D

来源：材料分析与应用