二維 MXene（Ti3CNTx）具有金屬導(dǎo)電性、超高電容和出色的柔韌性，因此被認(rèn)為是最有希望用于柔性超級(jí)電容器的電極材料。然而，它在電極制造過程中存在嚴(yán)重的重新堆疊問題，限制了電極中的離子傳輸動(dòng)力學(xué)和離子的可及性，尤其是在電極表面的法線方向。在此，作者報(bào)告了一種 NH3 誘導(dǎo)的原位蝕刻策略，用于制造高性能柔性超級(jí)電容器的三維互聯(lián)多孔 MXene/ 碳點(diǎn)（p-MC）薄膜。預(yù)疊層碳點(diǎn)（CD）首先會(huì)阻止 MXene 的重新堆積，從而暴露出更多的內(nèi)部電化學(xué)活性位點(diǎn)。部分分解的 CD 會(huì)生成 NH3，用于原位蝕刻 MXene 納米片，形成三維互聯(lián)的 p-MC 薄膜。得益于結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)和三維互聯(lián)離子傳輸通道，p-MC 薄膜電極獲得了出色的重力電容（2 A g
-1 時(shí)為 688.9 F g
-1）和卓越的速率能力。此外，將優(yōu)化的 p-MC 電極組裝成非對(duì)稱固態(tài)柔性超級(jí)電容器，具有高能量密度和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，表明 p-MC 電極在實(shí)際應(yīng)用中大有可為。
Fig 1. p-MC 薄膜制造工藝示意圖以及 p-MC 薄膜與傳統(tǒng)純 MXene 薄膜相比的優(yōu)勢(shì)
Fig 2. a p-MC 薄膜的頂視圖和 b 截面掃描電子顯微鏡圖像。 c 純 MXene 薄膜的頂視圖和 d 截面掃描電子顯微鏡圖像。e p-MC 和 f 純 MXene 薄膜的 C 1s XPS 光譜。
Fig 3. a CD 在 TG-MS 熱解過程中的氣態(tài)演化曲線 b CD 在不同溫度下的 TG-FTIR 揮發(fā)物光譜 c p-MC 薄膜的轉(zhuǎn)化過程示意圖。
Fig 4. a 純 MXene 和 p-MC 薄膜在 5 mV s -1 時(shí)的 CV 曲線 b p-MC 薄膜在 5 至 500 mV s
-1 時(shí)的 CV 曲線 c 純 MXene 和 p-MC 薄膜的重力電容與電流密度的關(guān)系 d 純 MXene 和 p-MC 薄膜的奈奎斯特曲線 e 對(duì)數(shù)（陽極峰值電流）與對(duì)數(shù)（掃描速率）的關(guān)系 f 新 MXene 和 p-MC 薄膜的電容貢獻(xiàn)率比較d 純 MXene 和對(duì) MC 薄膜的奈奎斯特圖。 e 對(duì)數(shù)（陽極峰值電流）與對(duì)數(shù)（掃描速率）的關(guān)系圖。 f 在 5 mV s.
-1 的掃描速率下，純 MXene 和對(duì) MC 薄膜的電容貢獻(xiàn)比較。
Fig 5. a 純 MXene 和交流薄膜在 5 mV s -1 時(shí)的 CV 曲線；b 純 MXene 和基于 p-MC 的不對(duì)稱全固態(tài)柔性超級(jí)電容器在 1 A g
-1 電流密度下的 GCD 曲線；c p-MC 和其他 MXene 超級(jí)電容器的 Ragone 圖；d 基于 p-MC 的超級(jí)電容器在 8 A g
-1 電流密度下的循環(huán)穩(wěn)定性能。g 基于 p-MC 的超級(jí)電容器在不同彎曲角度下的光學(xué)照片。
相關(guān)研究工作由西南交通大學(xué)Weiqing Yang和Yan Liu課題組于2023年共同發(fā)表在《Nano-Micro Letters》期刊上，NH??Induced In Situ Etching Strategy Derived 3D?Interconnected Porous MXene/Carbon Dots Films for High Performance Flexible Supercapacitors，原文鏈接：https://doi.org/10.1007/s40820-023-01204-4
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
