具有工业规模和环境稳定的Ti3C2TxMXene基柔性储能装置薄膜

一、文章概述

MXenes、二维过渡金属碳化物和氮化物因其金属电导率、溶液处理性以及在储能和其他应用方面的优异优点而引起了极大的兴趣。然而，原始的MXene薄膜往往具有因为其极性端子群引起的环境稳定性和力学性能较差的问题，从而层间相互作用较弱。在此，文章作者提出了一种自适应MXene表面功能的异原子掺杂策略，随后加入了大尺寸的还原氧化石墨烯作为导电添加剂，以实现扩展生产高机械强度的S、N-MXene/rGO（SNMG-40）混合薄膜。值得注意的是，SNMG-40薄膜也展示了长期的循环稳定性，可在环境条件下或浸在硫酸电解质中超过100天。作者提出来的这种策略使MXene材料在现实应用中作为柔性电子器件和电磁干扰屏蔽更有竞争力。

二、图文导读

图1.S、N-掺杂MXene的合成示意图。

S、N-掺杂Ti3C2TxMXene的制造工艺包括两个主要步骤：Ti3C2TxMXene薄片；退火处理对硫、氮原子的掺杂。

图2.携带分子的部分2D-Ti3C2Tx的表征。

纯MXene和S、N-MXene、嵌入的（002）峰的XRD图样显示了S和N元素的EDS映射图像。

图3 .几种S、N-MXene的高分辨率XPS光谱。

图4.SNMG薄膜的制作和表征。

图（a）S、N-MXene/rGO(SNMG)混合薄膜可通过叶片涂层、自然干燥和围棋还原三个步骤连续处理，第一步，S水，N-MXene/GO复合分散体分散在聚酯基板表面上。在此过程之前，通过透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜表征，证明了已制备的S、N-MXene的高质量薄片。如图2b所示，大面积独立式SNMG-40薄膜具有良好的灵活性，可卷起来更方便存储。为了观察已制备的SNMG薄膜的形态和显微结构，获得了扫描电子显微镜(SEM)和TEM图像。如图2c所示，SNMG-40薄膜厚度约1µm，显示了来自横截面SEM图像的高度对齐的分层结构。

图5.SNMG薄膜的储能特性。

具有异原子掺杂的SNMG薄膜具有良好的电导率、优异的灵活性和独特的交替堆叠层状结构。因此，它们有望具有良好的电化学性能、高能量储存能力、快速的电解质运输，以及提高的循环稳定性。如上图所示，评估了SNMG薄膜作为电极的电化学性能。

图6.SNMG-40薄膜在柔性不对称超电容器中的应用。

如上图，可以看到在不同弯曲角度下的电容保持，插入上述设备中，显示设备可以在弯曲状态下为LED供电。

三、全文总结

综上所述，作者已经证明，S、n掺杂MXene与大型rGO片的结合可以通过刀片涂层方法产生扩大面积和环境稳定的MXene基薄膜（SNMG-40）。由此产生的SNMG-40薄膜显示出优异的电导率(1198Scm−1)，抗拉强度可达≈45MPa，高容量电容为698.5F cm−3。aMGSC还提供了优异的机械耐久性和储能性能。这项工作有助于实现可伸缩和环境稳定的MXene基薄膜，以及高电化学和机械性能之间的平衡，因此，允许基于柔性MXene的薄膜从劳动规模的研究转移到大规模的现实应用。

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