常州大学《Dalton Trans》:引入1D石墨烯作为2D MXene之间的垫片,用于超级电容器

科技   2024-11-13 16:30   河北  

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成果简介




二维过渡金属碳化物 Ti3C2TX(MXene)具有良好的导电性、高比表面积和类似金属氧化物的表面,因此非常适合应用于具有高能量密度和功率密度的超级电容器。然而,与其他二维材料类似,自堆积问题导致离子传输通道变窄,活性位点急剧减少,从而严重限制了基于 MXene 的电极的性能。为解决这一问题,本文,常州大学袁宁一 教授团队在Dalton Trans》期刊发表名为“Introduction of 1D rGO nanoribbons as spacers between 2D MXenes for a high-performance electrode for supercapacitors    ”的论文,研究提出引入一维(1D)还原氧化石墨烯(rGO)纳米带作为MXene纳米片之间的间隔,以构建抑制自堆积的复合结构。正如预期的那样,由于 rGO 纳米带的立体效应和高纵横比,添加了5wt% 氧化石墨烯 (GO) 的 MXene/rGO 混合电极大大提高了比电容(5mV s-1 时为397.4Fg-1)和无与伦比的速率能力(2000mV s-1 时电容保持率为52.9%)。这项研究为开发用于先进储能设备的MXene基材料提供了重要启示。


图文导读


图1、 M/G 混合薄膜的制备图示。


图2、对Ti3AlC2 MAX 相和蚀刻粉末的形态和结构进行了表征和比较。


图3 、SEM 图像:(a) GO 纳米片。(b) 具有互连网络的 GO 纳米带。(c) GO 纳米片和 GO 纳米带的拉曼光谱对比。(d) 氧化石墨烯和复合薄膜还原前后的 XRD 图。(e) M/G 薄膜的横截面 SEM 图像。


图4、 不同质量比(2.5%-10%)GO 的 M/G 电极的电化学性能比较。


图5 、M/G-5% 和 MXene 电极的性能比较。


图6、 对称器件的电化学特性。


小结


总之,针对超级电容器电极材料 MXene 的自堆积问题,本文从复合结构构建的角度设计了薄膜电极。考虑到一维纳米材料的高宽比,本文引入了通过喷涂-快速冷冻法获得的GO纳米带作为构建混合薄膜的间隔材料。由于 1D rGO 纳米带的存在,形成的薄膜电极表现出快速的离子传输动力学,从而实现了优异的电化学性能。在 5mV s-1 的扫描速率下,M/G-5% 电极的比电容达到了 397.4Fg-1,并且在 2000 mV s-1 时电容保持率为 52.9%,显示出无与伦比的速率能力。同时,在功率密度为 600W kg-1 时,组装好的对称超级电容器装置的能量密度达到了11.2Wh kg-1。


文献:

https://doi.org/10.1039/D4DT02127D


信息来源:材料分析与应用




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