Chem. Mater. | 超高面積比電容的柔性MXene電極:終端的靜電和立體效應

2021-02-15 ACS美國化學會

英文原題：Ultrahigh Areal Capacitance of Flexible MXene Electrode: Electrostatic and Steric Effects of Terminations

通訊作者：劉承斌，唐豔紅，湖南大學

作者：Miao Guo, Wen-Chao Geng, Chengbin Liu,  Jiayun Gua, Zezhong Zhang, Yanhong Tang

近年來，由於安全、長循環壽命、高功率密度、便攜、可穿戴等優點，柔性固態超級電容器已成為儲能領域的研究熱點。二維材料由於固有柔性和高的比表面積而成為理想的柔性電極材料。二維過渡金屬碳化物或碳氮化物(MXene)具有優異的導電性和親水性，在儲能領域展現出廣泛的應用前景。陽離子插層是MXene材料的儲能機理，因此，構建優異的MXene層間離子通道是提高其電容性能的關鍵。目前的報導主要是通過在層間引入異質材料提高MXene的層間距從而提高其儲能性能。其他報導的策略包括構建多孔的MXene泡沫和自然沉降增大其層間距來改善其易堆剁的問題。但是這些報導的策略都沒考慮層間離子通道對電解質離子的靜電效應。考慮到終端的立體效應和靜電效應，湖南大學劉承斌教授和唐豔紅教授課題組首次引入了-SO4終端構築優異的Ti3C2Tx MXene層間離子通道。實驗和DFT理論計算結果表明：-SO4終端成功地引入Ti3C2Tx MXene 層間；-SO4終端可以增大Ti3C2Tx層間距同時不降低其導電性；-SO4終端的靜電效應可以促進電解質離子的有效滲入；化學鍵合的-SO4終端構築了穩定的層間離子通道。結果表明，Ti3C2Tx MXene電極在1 mV s-1的掃速下，面積比電容高達1399.0 mF cm-2，比傳統方法製備的Ti3C2Tx電極的電容高66% 和143%。並且具有優異的倍率性能和循環穩定性。用該MXene電極製備的柔性全固態超級電容器面積比電容可達391.5 mF cm-2並且展現了優異的柔性可穿戴潛質。

相關論文發表在Chemistry of Materials 上，湖南大學博士研究生郭淼為文章的第一作者，劉承斌教授、唐豔紅教授為通訊作者。

Ultrahigh Areal Capacitance of Flexible MXene Electrodes: Electrostatic and Steric Effects of Terminations
Miao Guo, Wen-Chao Geng, Chengbin Liu, Jiayun Gu, Zezhong Zhang, Yanhong TangChem. Mater., 2020, DOI: 10.1021/acs.chemmater.0c02026Publication Date: September 8, 2020Copyright © 2020 American Chemical Society

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