3篇Adv. Funct. Mater.带你了解这些材料的新应用

先丰纳米 2022-11-09

MXene

柔性超小型超级电容器

大面积MXene膜的自组装是实现其在各种储能设备中应用的主要步骤。但是，具有高导电性以及出色的机械和电化学性能的柔性MXene薄膜的可扩展的自组装仍然是一个挑战。最近，南开大学牛志强教授团队开发了一种同步还原和自组装策略来制造柔性MXene薄膜的方法，其中MXene薄膜在Zn箔表面上被同步还原和自组装。相关工作以题为“Scalable 3D SelfAssembly of MXene Films for Flexible Sandwich and Microsized Supercapacitors”发表在Advanced Functional Materials上。
该团队通过调整Zn衬底的图案，还可以通过选择性地缩小/组装工艺来获得叉指MXene图案。所得的MXene膜显示出高电导率，大比表面积和出色的机械性能。因此，它们可以直接用作柔性超级电容器装置的电极。基于上述MXene薄膜电极，他们还设计了柔性夹层和微型超级电容器。三明治式和微型超级电容器在各种弯曲状态下均显示出稳定的电化学性能。这项研究为在储能领域中实现大面积基于MXene的薄膜或微型结构提供了一条途径。

文献链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202101302

碳化钛(Ti3C2Tx) MXene少层分散液(NMP)

XFK11

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钛碳化铝(Ti3AlC2) MAX相陶瓷材料

XFK13

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碳化钽(Ta4C3Tx) MXene多层纳米片

XFK17

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二氧化锰

显著提高赝电容

作为一种典型的过渡金属氧化物，二氧化锰（MnO₂）作为电极材料已被广泛研究。当前科学界主要致力于建立MnO₂和导电材料的复合材料，以改善电极材料的电化学性能和结构稳定性。重庆大学向斌课题组报道了通过施加正/负电场制备电化学活化的二氧化锰（MnO₂）样品，并通过一系列表征方法揭示了两种不同的活化机理，相关工作以题为“Universal Voltage Design for Triggering Manganese Dioxide Defects Construction to Significantly Boost the Pseudocapacitance”发表在期刊Advanced Functional Materials上。
研究发现，在活化过程中MnO₂在正电压下主要产生O空位，而电解质阳离子在负电压下嵌入中间层。所产生的O空位和嵌入的离子不仅充当活性位点或参与电荷传输过程，还增强了载流子的传输能力。相比之下，经过优化的MnO₂样品在正电压和负电压下电化学活化后的比电容分别是纯MnO₂的2.9倍和2.8倍。此外，活化的样品还具有出色的循环稳定性和耐电化学腐蚀性能，可以在5000次循环后很好地保持由纳米片组成的3D网络结构。该策略为探索高效且耐腐蚀的电极材料开辟了一条有前途的方法。

文献链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202102693

二氧化锰纳米片分散液

XFI33

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二氧化铈CeO2纳米颗粒（粉末）

XFI32

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二氧化铈纳米棒

XFI35

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多孔碳球

超高性能的负极材料

探索具有良好电化学性能的钾离子混合电容器负极材料是目前科学界的研究热点。低成本和高比容量的硬碳作为钾基储能的负极材料具有巨大的潜力。然而，它们缓慢的反应动力学和不可避免的体积膨胀降低了它们的电化学性能。近日，悉尼科技大学研究人员通过合理的纳米结构设计和杂原子掺杂策略，利用化学气相沉积技术制备出了一种具有优异电化学性能的多孔碳球材料。相关工作以题为“Phosphorus and Oxygen Dual-Doped Porous Carbon Spheres with Enhanced Reaction Kinetics as Anode Materials for High-Performance Potassium-Ion Hybrid Capacitors”发表在期刊 Advanced Functional Materials上。
通过进一步的磷氧共掺杂处理，所得到的碳球的在0.1Ag⁻¹电流密度条件下比容量可达到401mAhg⁻¹，10000圈循环以后容量保持率为89.8%，比容量和循环寿命均处于非常高的水平。原位拉曼光谱和密度泛函理论计算进一步证实，通过磷氧共掺杂而引入的P-C和P-O/P-OH键在提高多孔碳球材料结构稳定性的同时，还能够促进电解液中KFSI盐的分解并在电极材料表面生成含有更多无机成分的SEI膜。他们利用磷氧共掺杂多孔碳球和商业用活性炭所组装的钾离子混合电容器兼具较高的能量密度和功率密度，展现出极大的商业应用前景。

文献链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202102060

纳米多孔碳粉 (NCP)

XFP10

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微孔活性炭

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介孔碳球50nm

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