MXene納米材料具有高電導率、豐富的表面官能團和大的表面積，是最有前景的超級電容器電極材料之一。然而，基于MXene的電極可能會由于MXene納米片的自我重新堆積而導致離子可及表面積低和離子轉運途徑受阻。為了優(yōu)化電極，抑制納米片的自重新堆積和增加電化學活性位點至關重要。在這項工作中，我們利用一種簡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，雙向排列的結構與三維結構的微凝膠一起，可以通過暴露更多的活性位點和確保電解質(zhì)的自由運輸，提高離子可及的表面積，并提供更多的無障礙通道。MXene微凝膠含量為40 wt%的a - mha在1ag -1時具有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具有良好的電化學性能，在儲能領域具有潛在的應用前景。
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的自組裝過程示意圖;c A-MA、d A-MHA-20%、e A-MHA-40%和f A-MHA-60%的側視圖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 未對齊/雙向?qū)R的MXene氣凝膠和未對齊/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。
相關科研成果由鄭州大學物理與微電子學院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。
轉自《石墨烯研究》公眾號
