郑州大学物理与微电子学院Feng-Mei Guo等--双向排列的MXene混合气凝胶与MXene纳米片和超级电容器微凝胶组装

MXene纳米材料具有高电导率、丰富的表面官能团和大的表面积，是最有前景的超级电容器电极材料之一。然而，基于MXene的电极可能会由于MXene纳米片的自我重新堆积而导致离子可及表面积低和离子转运途径受阻。为了优化电极，抑制纳米片的自重新堆积和增加电化学活性位点至关重要。在这项工作中，我们利用一种简单的双向冷冻铸造和冷冻干燥方法，制备了由MXene纳米片和微凝胶组装而成的双向排列的MXene杂化气凝胶(A-MHA)。在A-MHAs中，双向排列的结构与三维结构的微凝胶一起，可以通过暴露更多的活性位点和确保电解质的自由运输，提高离子可及的表面积，并提供更多的无障碍通道。MXene微凝胶含量为40 wt%的a - mha在1ag -1时具有760 Fg^-1的高比电容，在1 mol ^-1 H₂SO₄电解质中以100 mVs^-1循环10000次后具有97%的显著循环性能。A-MHAs具有良好的电化学性能，在储能领域具有潜在的应用前景。

图1 A-MHA的制作工艺示意图。

图2. a和b层MXene纳米片的SEM和TEM图像;c多层MXene纳米片的HRTEM图像和嵌入为SAED图案;d Ti3AlC2相粉末和多层MXene纳米片的XRD谱图;e少层MXene纳米片的拉曼光谱;ti2p元素多层MXene纳米片的XPS谱。

图3 A-MA和A-MHAs的自组装过程示意图;c A-MA、d A-MHA-20%、e A-MHA-40%和f A-MHA-60%的侧视图SEM图像。

图4. A-MA, A-MHA-20%, A-MHA-40%, A-MHA-60%和A-MHA-80%的XRD图谱和b氮吸附和解吸等温线。

图5 未对齐/双向对齐的MXene气凝胶和未对齐/双向对齐的MXene杂化气凝胶- 40%在1 Ag^-1的GCD曲线;在1 Ag ^-1到10 Ag ^-1范围内的电流密度下，从GCD分布计算b电容保持。

图6 A-MA, A-MHA-20%, A-MHA-40%, A-MHA-60% 和 A-MHA-80%在1 Ag-1的GCD谱;在电流密度从1到10ag -1范围内，由GCD分布计算的电容保持;c A-MA、A-MHA-20%、A-MHA-40%、A-MHA-60%、A-MHA-80%的Nyquist图(Z0为阻抗实部，Z00为阻抗虚部);d、e A-MHA-40%在不同电流密度和扫描速率下的GCD谱图和CV曲线;f A-MHA-40%的循环稳定性。

图7 a - mha -40%//CNT海绵ASC装置在不同扫描速率和电流密度下的a、b CV曲线和GCD曲线;c A-MHA-40%//CNT海绵ASC装置的循环稳定性。

相关科研成果由郑州大学物理与微电子学院Feng-Mei Guo等人于2023年发表在RARE METALS (https://doi.org/10.1007/s12598-022-02189-6)上。原文：Bidirectionally aligned MXene hybrid aerogels assembledwith MXene nanosheets and microgels for supercapacitors。