MXene基共轭微孔聚合物三明治及其超级电容器
MXene是一类具有优异的导电性，亲水性表面和机械稳定性的二维过渡金属碳化物和/或碳氮化物，由于其独特的化学和物理特性在电池或者电容器等储能器件，传感器和催化剂等等众多领域中得到了广泛的应用。然而，由于强的层间范德华力以及与环境中水和氧气的相互作用，MXene纳米片易于堆积和氧化显著降低了其比表面积，限制了界面的有效使用并严重影响其性能。因此，如何来提高Mxenes材料的稳定性并使材料保持良好的结构和性能已成为一个亟待解决的难题。
【工作介绍】
基于前期石墨烯、硫化钼等二维材料的功能化及其在能量转换与存储器件应用方面的系列工作基础（Adv. Mater. 2015, 27, 6714; Chem. Mater. 2015, 27, 7403; Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55,6858; Mater. Chem. Front. 2017, 1, 278; ACS Sustainable Chem. Eng. 2019, 7,11540）。近日，南昌大学/江西师范大学陈义旺教授、袁凯教授课题组等人展示了一种通过共轭微孔聚合物将MXene进行共价键修饰，从而制备出一系列具有三明治结构的MXene基共轭微孔聚合物（M-CMP）纳米片。所制备的M-CMPs，不仅具有CMPs的分级多孔结构和高比表面积，还继承了MXene的二维结构和高导电性，并且同时抑制了MXene的氧化。这种独特的三明治结构对于电化学能量存储至关重要。M-CMP被用作超级电容器的电极材料时，凭借改进的结构优势，M-CMP比MXene和不含MXene的CMP具有更高的电容。该文章发表在国际期刊Small Methods上。杨维祖和黄冰玉为本文共同第一作者。
【图文简介】
示意图1：M-CMPs的合成示意图
图1. MXene和MXene-I的XPS谱图（a）；MXene-I的I 3d高分辨谱（b）；MXene和MXene-I的Ti 2p（c）和O 1s（d）谱。
图2. M-PAQBz的形貌表征图。SEM图（a-c）；TEM图（d），插图为M-PAQBz的选区电子衍射图；HRTEM图（e）及对应的元素分布图（f）。
图3. M-PAQBz在不同扫速下的CV曲线（a）；M-PAQBz和PAQBz在50 mV s-1扫速下的CV图（b）；M-PAQBz在不同电流密度下的GCD图（c）；M-PAQBz和PAQBz在0.3 A g-1电流密度下的GCD曲线（d）；M-CMPs和对应的CMPs在0.3-5 A g-1电流密度下的倍率性能图（e）；充/放电过程中电子转移路径示意图（f）。
【结论】
通过共轭微孔聚合物将MXene进行共价键修饰，成功地制备了一系列具有三明治结构的MXene基共轭微孔聚合物（M-CMP）纳米片，并将其用作超级电容器电极材料。结果表明，该策略可以同时抑制MXene纳米片的堆叠和氧化。此外，所制备的M-CMPs，不仅具有分级多孔结构和大的比表面积，还继承了MXene的二维结构和高电导率。用作超级电容器电极材料时，M-CMP表现出比MXene和不含MXene的CMP更高的电容。电容增加的原因可归因于M-CMPs独特的三明治结构，兼具MXene和CMPs的优势，具有高导电性和高比表面积，从而提高了有效电化学活性面积并暴露了更多的活性位点，最终获得了更高的电容。这项工作不仅为解决MXene材料的稳定性提供了方法，而且具有制备高性能MXene纳米复合材料用于储能/转化领域的潜力。
Weizu Yang, Bingyu Huang, Longbin Li, Kaiyang Zhang, Yizhe Li, Jun Huang, Xiannong Tang, Ting Hu, Kai Yuan,* and Yiwang Chen*, Covalently Sandwiching MXene by Conjugated Microporous Polymers with Excellent Stability for Supercapacitors, Small Methods, 2020, DOI:10.1002/smtd.202000434