苏州大学耿凤霞团队:连续离子和电子传输网络的纯Ti3C2纤维

【研究背景】

纤维电极在柔性储能器件中发挥着不可替代的作用。二维纳米片因其具有较高的横纵比而显示出良好的组装灵活性；同时，高度有序排列的二维纳米片可以充分整合单个纳米片固有的面内优势，因而被看作是构建宏观纤维电极的极佳选择。碳化钛（Ti3C2）作为一种新兴二维纳米片材料，具有优异的导电性和电化学活性，是组装高性能宏观纤维电极的理想结构单元。然而，Ti3C2纳米片尺寸通常较小，在构筑宏观纤维过程中易产生大量边界和缺陷，不利于提升宏观纤维结构的机械柔性。通过添加利于成纤的其他组分单元（如还原氧化石墨烯，PEDOT/PSS等）或优选大尺寸Ti3C2纳米片进而形成液晶相等途径可实现Ti3C2基宏观纤维，然而这些纤维中Ti3C2纳米片的微观排列有序度比较有限。因此，构建具有高度有序排列和取向结构的纯Ti3C2纤维仍具有一定的挑战性。

【成果简介】

近日，苏州大学能源学院耿凤霞教授团队通过优化Ti3C2纺丝液并调控纺丝工艺，成功将非液晶相二维Ti3C2组装成具有高度有序堆叠微观结构的宏观带状纤维；随后采用酸浸泡法去除层间絮凝剂同时在层间引入利于离子快速传输的电解液，获得了具有连续离子和电子传输网络的纯Ti3C2纤维。

高度有序的片层堆叠结构有效整合了纳米片的机械性能，即使经过酸处理后，宏观纤维仍然保持着良好的机械柔性；这种有序结构有效提高了纳米片的相互接触，削弱了相邻纳米片之间的电子传输阻碍，获得相较于已报道复合纤维提升了1-2个数量级的导电特性（2458 S cm-1，）；层间电解液浸润结构促进了离子在纤维内部的快速传输，使H+在层间具有高的扩散速率（9.2×10−7 cm2 s−1）。这些特性均为Ti3C2宏观纤维柔性电极在先进柔性电子器件中的应用提供了便利条件。该研究利用非液晶相二维Ti3C2溶液组装宏观纤维，拓展了Ti3C2在柔性储能领域的应用前景，同时也为其他二维功能材料的宏观组装提供了新的可能性。

相关论文信息

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论文标题：

Macroscopic MXene ribbon with oriented sheet stacking for high‐performance flexible supercapacitors

论文网址：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/cey2.65

DOI:https://doi.org/10.1002/cey2.65

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