MXene納米材料具有高電導(dǎo)率、豐富的表面官能團(tuán)和大的表面積，是最有前景的超級(jí)電容器電極材料之一。然而，基于MXene的電極可能會(huì)由于MXene納米片的自我重新堆積而導(dǎo)致離子可及表面積低和離子轉(zhuǎn)運(yùn)途徑受阻。為了優(yōu)化電極，抑制納米片的自重新堆積和增加電化學(xué)活性位點(diǎn)至關(guān)重要。在這項(xiàng)工作中，我們利用一種簡(jiǎn)單的雙向冷凍鑄造和冷凍干燥方法，制備了由MXene納米片和微凝膠組裝而成的雙向排列的MXene雜化氣凝膠(A-MHA)。在A-MHAs中，雙向排列的結(jié)構(gòu)與三維結(jié)構(gòu)的微凝膠一起，可以通過(guò)暴露更多的活性位點(diǎn)和確保電解質(zhì)的自由運(yùn)輸，提高離子可及的表面積，并提供更多的無(wú)障礙通道。MXene微凝膠含量為40 wt%的a - mha在1ag -1時(shí)具有760 Fg
-1的高比電容，在1 mol
-1 H
2SO
4電解質(zhì)中以100 mVs
-1循環(huán)10000次后具有97%的顯著循環(huán)性能。A-MHAs具有良好的電化學(xué)性能，在儲(chǔ)能領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。
圖1 A-MHA的制作工藝示意圖。
圖2. a和b層MXene納米片的SEM和TEM圖像;c多層MXene納米片的HRTEM圖像和嵌入為SAED圖案;d Ti3AlC2相粉末和多層MXene納米片的XRD譜圖;e少層MXene納米片的拉曼光譜;ti2p元素多層MXene納米片的XPS譜。
圖3 A-MA和A-MHAs的自組裝過(guò)程示意圖;c A-MA、d A-MHA-20%、e A-MHA-40%和f A-MHA-60%的側(cè)視圖SEM圖像。
圖4. A-MA, A-MHA-20%, A-MHA-40%, A-MHA-60%和A-MHA-80%的XRD圖譜和b氮吸附和解吸等溫線。
圖5 未對(duì)齊/雙向?qū)R的MXene氣凝膠和未對(duì)齊/雙向?qū)R的MXene雜化氣凝膠- 40%在1 Ag
-1的GCD曲線;在1 Ag
-1到10 Ag
-1范圍內(nèi)的電流密度下，從GCD分布計(jì)算b電容保持。
圖6 A-MA, A-MHA-20%, A-MHA-40%, A-MHA-60% 和 A-MHA-80%在1 Ag-1的GCD譜;在電流密度從1到10ag -1范圍內(nèi)，由GCD分布計(jì)算的電容保持;c A-MA、A-MHA-20%、A-MHA-40%、A-MHA-60%、A-MHA-80%的Nyquist圖(Z0為阻抗實(shí)部，Z00為阻抗虛部);d、e A-MHA-40%在不同電流密度和掃描速率下的GCD譜圖和CV曲線;f A-MHA-40%的循環(huán)穩(wěn)定性。
圖7 a - mha -40%//CNT海綿ASC裝置在不同掃描速率和電流密度下的a、b CV曲線和GCD曲線;c A-MHA-40%//CNT海綿ASC裝置的循環(huán)穩(wěn)定性。
相關(guān)科研成果由鄭州大學(xué)物理與微電子學(xué)院Feng-Mei Guo等人于2023年發(fā)表在RARE METALS (https://doi.org/10.1007/s12598-022-02189-6)上。原文：Bidirectionally aligned MXene hybrid aerogels assembled with MXene nanosheets and microgels for supercapacitors。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
