通过共价和非共价相互作用获得的2,6-二氨基蒽醌修饰的MXene(Ti3C2Tx)/石墨烯(DAAQ-M/G)作为负极在EmimBF4电解质中表现出出色的比电容。基于DAAQ-M/G电极组件的不对称超级电容器(ASC)具有高能量密度和良好的循环稳定性。这项研究可以为开发用于离子液体基超级电容器的先进有机分子修饰的MXene复合材料提供更好的支持。
目前迫切需要高效的储能设备，以有效利用可再生能源并实现可持续能源目标。在这些设备中，超级电容器(SCs)因其高功率密度、良好的循环稳定性和环境友好性等优点而被认为是高性能设备中很有前景的候选者。然而，与占据大部分能源市场的电池相比，超级电容器不尽人意的能量密度限制了它们的应用。
解决这个问题的关键是制造氧化还原型电极材料，该材料能够在具有宽电化学稳定电位窗口(ESPW)的电解质中表现出高比电容。近年来，大量研究致力于合成在具有宽 ESPW 的电解质中表现出高电化学性能的新型电极材料和电解质。
在发表于《自然通讯》期刊的一项新研究中，来自美国和中国的研究团队通过构建三维可接触电解质的电极结构在有机电解质中实现了高倍率性能。
图释：离子液体电解质中DAAQ-M/G作为不对称超级电容器负极的储能机制示意图。
MXene 与打结的碳纳米管复合电极在具有宽 ESPW 的混合离子液体电解质中表现出 130 F g−1 的高电容。此外，被称为“MXene 之父”的 Gogotsi 先前的研究表明，具有大层间距的二维层状 MXene 在离子液体电解质中可以表现出插层赝电容特性。
“因此，我们希望开发具有三维结构和大层间距的 MXene 基复合材料，以提高 MXene 基超级电容器在离子液体电解质中的电化学性能，”资深共同通讯作者王键吉分享道。
为了实现这一目标，研究人员策略性地选择了可以牢固地锚定在 MXene 纳米片表面的有机分子，形成 MXene 基复合材料。
“这种方法抑制了 MXene 纳米片的堆叠以扩大层间距，从而使 MXene 基复合材料能够在离子液体电解质中产生插层赝电容，”王键吉补充道。“此外，有机分子通过在这些电解质中进行氧化还原反应贡献赝电容。”
结果，基于 DAAQ - M/G 负极材料的不对称超级电容器表现出高能量密度。
“经有机分子修饰的 MXene 基复合材料可以作为开发优秀储能设备的替代电极材料，”作者说。
Li Sun, Kelei Zhuo, Jianji Wang, et al. 2,6-Diaminoanthraquinone modified MXene (Ti3C2Tx) / graphene as the negative electrode materials for ionic liquid-based asymmetric supercapacitors, Green Energy & Environment, 2024
https://doi.org/10.1016/j.gee.2024.08.004
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Green Energy & Environment（GEE） 是由中国科学院主管，中国科学院过程工程研究所和科学出版社共同主办的英文学术期刊。GEE 于 2016 年 4 月创刊，韩布兴院士担任主编。
GEE自创刊以来，致力于成为绿色能源与环境领域的国际一流期刊，期刊聚焦前沿命题，突出交叉创新，充分展示学科领域的新概念、新方法、新范式。刊内主要收录国内外绿色能源、环境、材料、化工等领域的最新研究动态、学科发展趋势、以及多学科交叉的原创性研究论文、综述、专题文章、研究快报、简讯、亮点评述、访谈等。
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2021年IF: 12.781，在 JCR及中科院分区“工程技术”大类中均是位于Q1区前10%的TOP期刊
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主编：韩布兴 院士
- 中国科学院院士
- 发展中国家科学院院士
- 中国科学院化学研究所研究员，博士生导师
研究领域：
主要从事物理化学与绿色化学的交叉研究，在绿色溶剂体系化学热力学、绿色溶剂-催化剂体系构建及其在CO2、生物质、废弃塑料等固体废弃物催化转化中的应用研究方面取得系统性成果
学术成就：
在 Science、Nat. Commun.、Sci. Adv.、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.等期刊发表SCI收录论文800余篇，获国家专利60余件，在重要学术会议做大会报告和邀请报告200余次。作为第一完成人获国家自然科学奖二等奖1项、北京市科学技术奖二等奖1项，获Elsevier出版社J. Colloid interf. Sci.期刊终身成就奖，作为非第一完成人获国家和省部级科技进步奖3项，领衔的“绿色化学与技术研究集体”获2022年度中国科学院杰出科技成就奖。
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