近日，南京林业大学轻工与食品学院木质纤维生物质及木质素转化与利用团队在国际权威期刊《Nano-Micro Letters》（影响因子：31.6）发表题为“Gradient-Layered MXene/Hollow Lignin Nanospheres Architecture Design for Flexible and Stretchable Supercapacitors”的研究论文（文章链接：https://doi.org/10.1007/s40820-024-01512-3）。南京林业大学为第一完成单位，轻工与食品学院博士生张浩楠为该论文第一作者，轻工与食品学院任浩教授和多伦多大学化学工程与应用化学系颜宁教授为共同通讯作者。
当前，随着柔性可穿戴电子设备的迅速发展，可拉伸储能器件的需求日益增长。这项研究利用单孔中空木质素纳米球（HLNPs）插层于二维过渡金属碳化物（Ti₃C₂Tₓ MXene）设计了一种新型梯度分层结构，用于制造高拉伸性和耐用性的超级电容器。通过在 MXene 层中沉积并插入 HLNPs，形成自下而上的梯度结构，有效减少了 MXene 片层的过度堆叠，构建出具有通畅离子通道的多层多孔 MXene 结构。此外，薄壁木质素纳米球的舱室型空腔结构有效扩大了木质素与 MXene 的接触面积，提高了离子和电子的可及性，从而更好地利用了木质素的赝电容特性。这些策略有效地提高了电极的电容性能。与此同时，HLNPs 作为 MXene 层的保护相，在拉伸-释放循环过程中通过滑移和变形释放应力，增强了褶皱型可拉伸电极的机械性能，显著提高了电极的结构在拉伸过程中的结构完整性和电容稳定性。所制备的柔性电极和全固态超级电容器能够承受高达 600% 的单轴拉伸应变，且表现出出色的比电容，分别达到 1273 mF cm⁻² (241 F g⁻¹) 和 514 mF cm⁻² (95 F g⁻¹)。此外，经过 1000 次 600% 拉伸-释放循环后，电容仍能保持良好稳定性。
这项工作揭示了生物质基木质素纳米球在储能设备领域应用的新潜力，该结构设计策略为二维纳米材料在高拉伸性能柔性电子器件中的应用提供了新思路，有助于推动下一代生物质基高性能柔性储能设备的开发。
