雖然集成MXene的柔性碳膜已被證明是具有良好儲(chǔ)能前景的新一代超級電容器材料，但是碳膜制備過程中MXene的氧化和活性位點(diǎn)的缺失會(huì)導(dǎo)致不可逆的容量損失。此中，通過靜電紡絲和金屬有機(jī)骨架衍生相結(jié)合的非預(yù)氧化合成策略，制備了由MXene集成的N摻雜腔體互連多孔碳納米纖維構(gòu)成的柔性碳膜。該柔性碳膜克服了MXene在聚丙烯腈穩(wěn)定過程中的氧化問題，并且衍生的腔體互連多孔結(jié)構(gòu)暴露了更多的活性位點(diǎn)。由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征和理想的化學(xué)組成，該獨(dú)立的柔性碳膜作為超級電容器的電極材料表現(xiàn)出顯著增強(qiáng)的電化學(xué)性能。在功率密度為500Wkg-1時(shí)表現(xiàn)出26.2 Wh kg-1的能量密度，經(jīng)過10,000次充放電循環(huán)后電容保持率為96.3％。該研究為高性能柔性碳膜的制備提供了獨(dú)特的策略，同時(shí)該技術(shù)還可以擴(kuò)展到其他集成CNF復(fù)合材料，用于設(shè)計(jì)高性能超級電容器電極。
圖 1. 圖1. (a)柔性碳膜合成示意圖。碳膜柔性特性的展示：(b)維度展示；(c)纏繞；(d)折疊。
圖2. 圖2. SEM圖像：（a）Z-5/PAN薄膜，（b）碳化后的Z-5/PAN薄膜，（c）碳化后的Z-5/PAN薄膜橫截面。碳化后Z-x/PAN薄膜獲得的N-CPCNF的TEM圖像：（d）Z-1/PAN，（e）Z-2/PAN，（f）Z-3/PAN，（g）Z-4/PAN，（h）Z-5/PAN，（i）Z-6/PAN。
圖 3. (a) 多層 MXene 的 SEM 圖像。(b) MX-5/Z-5/PAN 薄膜的 SEM 圖像。(c) MX-5/ZnO/CPAN 薄膜的 SEM 圖像。MX-5/N-CPCNF 薄膜：(d) SEM 圖像；(e) TEM 圖像；(f) HRTEM 圖像；(g-l) 相應(yīng)元素 C（紅色）、N（綠色）、O（青色）、F（粉色）和 Ti（黃色）的 EDS 映射圖像。（有關(guān)此圖例中顏色引用的解釋，請讀者參閱本文的網(wǎng)絡(luò)版本。）
圖 4. (a) MX-5/Z-5/PAN 薄膜、MXene/ZnO/CPAN 薄膜和 MX-5/N-CPCNF 薄膜的 XRD 圖案。(b) 拉曼光譜：N-CPCNF 薄膜、Mxene 和 MX-5/N-CPCNF 薄膜。MX-5/N-CPCNF 薄膜：(c) N2 吸附/解吸等溫線，(d) 孔徑分布曲線，(e) 全 XPS 光譜，(f-i) C 1s、O 1s、N 1s 和 Ti 2p 的高分辨率 XPS 光譜。
圖 5. 不同電極材料：(a) GCD 曲線，(b) EIS 圖。MX-5/N-CPCNF 薄膜：(c) 不同掃描速率下的 CV 曲線，(d) 特定峰值電流的 log(i)-log(v) 圖，(e) 5mVs−1 時(shí)的電容貢獻(xiàn)（綠色）和擴(kuò)散貢獻(xiàn)（橙色），(f) 不同掃描速率的貢獻(xiàn)率，(g) 不同電流密度下的 GCD 曲線，(h) 不同電流密度下的比電容，(i) EIS 圖（插圖：高頻區(qū)域）。（有關(guān)此圖例中顏色引用的解釋，讀者請參閱本文的網(wǎng)絡(luò)版本。）
圖 6. MX-5@N-CPCNF//MX-5@N-CPCNF-SSC 性能測試：(a) 不同電壓窗口下的 CV 曲線，(b) 不同掃描速率下的 CV 曲線，(c) 不同電流密度下的 GCD 曲線，(d) EIS 圖（插圖：高頻區(qū)域），(e) Ragone 圖，(f) 循環(huán)穩(wěn)定性測試（插圖：由 SSC 設(shè)備供電的 LED）。
相關(guān)科研成果由安徽大學(xué)Helin Niu，Kaixuan Wang等人于2024年發(fā)表在Chemical Engineering Journal（https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152804）上。原文：Non-preoxidation synthesis of MXene integrated flexible carbon film for supercapacitors
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152804
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
