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      合理設(shè)計(jì)具有高能量存儲(chǔ)容量的三維混合氣凝膠電極是一個(gè)挑戰(zhàn)。本研究通過(guò)一步法成功制備了Ti₃C₂T_x/rGO/Fe₃O₄ (Fe-M/G)雜化氣凝膠，該過(guò)程中同時(shí)參與了乙二胺(EDA)誘導(dǎo)的自組裝和Fe₃O₄納米顆粒的原位生長(zhǎng)。由于氣凝膠的三維分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)以及Fe₃O₄納米顆粒在Ti₃C₂T_x/rGO (M/G)納米片上的緊密錨定，F(xiàn)e-M/G雜化氣凝膠具有出色的電化學(xué)性能，在1 mA cm⁻²時(shí)的面積電容為1250.5 mF cm⁻²，在5000次循環(huán)后的20 mA cm⁻²時(shí)的電容保持率為85.8%。值得注意的是，當(dāng)Fe-M/G作為負(fù)電極與NiCo₂O₄/rGO作為正電極時(shí)，非對(duì)稱超級(jí)電容器(ASC)在1 mA cm⁻²時(shí)表現(xiàn)出365 mF cm⁻²的高面積電容，在30,000次循環(huán)后在20 mA cm⁻²時(shí)仍保持其初始電容的84.5%。此外，ASC器件在功率密度為802 μW cm⁻²的情況下，達(dá)到了130 μWh cm⁻²的顯著能量密度。該復(fù)合氣凝膠電極可能為高性能儲(chǔ)能器件的發(fā)展鋪平道路。
 
圖1 Fe-M/G氣凝膠制備工藝示意圖。
 
圖2. (a) Ti₃C₂T_x和Fe-M/G氣凝膠的XRD圖和(b)拉曼光譜，(c) 77 K下氮?dú)馕降葴鼐€，(d) M/G 9:1和Fe-M/G氣凝膠對(duì)應(yīng)的孔徑分布。
 
圖3 (a) Fe1-M/G氣凝膠、(b) Fe2-M/G氣凝膠、(c) Fe3-M/G氣凝膠和(d) Fe4-M/G氣凝膠的SEM圖像;(e) TEM圖，(f) HRTEM圖，(g) Fe3-M/ g氣凝膠C、O、Ti、Fe元素的EDS mapping圖。
 
圖4. Ti₃C₂T_x和Fe3-M/G氣凝膠的高分辨率XPS光譜分別為(a) C 1s， (b) O 1s， (C) Ti 2p和(d) Fe 2p。
 
圖5 (a)在- 1.1 ~ - 0.3 V的電勢(shì)窗口中，5 mV s^-1的CV曲線;(b)在- 1.05 ~ - 0.35 V的電位窗口中，1 mA cm^-2的GCD曲線;(c)由GCD曲線計(jì)算出的作為放電電流密度函數(shù)的面積容量;(d) M/G 9:1和FeM/G氣凝膠電極的Nyquist曲線;和(e) Fe3-M/G電極在20 A cm⁻²的循環(huán)穩(wěn)定性。
 
圖6。(a)確定不同峰值電流的b值;插圖為Fe3-M/G電極相應(yīng)的CV曲線。(b) 2 mV s⁻¹下的電容效應(yīng)(藍(lán)色區(qū)域)和擴(kuò)散控制(白色區(qū)域)效應(yīng)。(c) Fe3-M/G電極在不同掃描速率下電容和擴(kuò)散控制容量的歸一化貢獻(xiàn)比例。
 
圖7。(a) NiCo₂O₄/rGO//Fe₃-M/G超級(jí)電容器的不對(duì)稱組裝示意圖;(b)掃描速率為20 mV s⁻¹時(shí)，不同電位窗口的CV曲線;(c)不同電流密度的GCD曲線;(d) ASC的Ragone圖;(e)電流密度為20 mA cm⁻²時(shí)的循環(huán)穩(wěn)定性和庫(kù)侖效率。
 
       相關(guān)科研成果由北京化工大學(xué)材料與化學(xué)學(xué)院Bin Zhao等人于2022年發(fā)表在ACS Applied Nano Materials (https://doi.org/10.1021/acsanm.2c04589)上。原文：Nanoparticles of Fe₃O₄ Anchored on Ti₃C₂T_x MXene/rGO Aerogels as Hybrid Negative Electrodes for Advanced Supercapacitors。

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)