柔性MXene/HEC复合膜用于储能与电磁屏蔽

【背景介绍】
     二维材料杰出的物理与化学性质已经在不同应用领域中得到广泛地研究。相比于石墨烯和其他的二维材料，新兴的MXenes材料具有自然的亲水性、天然的缺陷、化学活性的表面以及超高的导电性。这些优异的性能是MXenes成为众多应用领域中最具潜力的替代者，尤其是在储能与电磁屏蔽领域，比如，分层的Ti3C2Tx膜具有接触的电化学性能与电磁屏蔽性能，然而其低产量与易氧化的缺陷极大程度上制约了其商业化发展。

【成果简介】
       近日，北京科技大学曹茂盛教授课题组在碳材料顶级学术期刊Carbon 上发表一篇题为Self-assembling flexible 2D carbide MXene film with tunable integrated electron migration and group relaxation toward energy storage and green EMI shielding的论文。文章报道了一种绿色柔性多层Ti3C2Tx/羟乙基纤维素复合膜，该复合膜通过自组装辅助抽滤的方式制备。羟乙基纤维素与多层Ti3C2Tx通过化学键的作用形成内部互联的结构，进而使复合膜作为储能器件的电极材料时具有良好的循环稳定性。电子的转移与表面官能团在充放电的过程中也起到了很重要的作用。此外，复合膜还展现出了杰出的电磁屏蔽性能，尤其是通过介电损耗分析表明，电磁波主要是通过电子迁移使所产生的热能的形式消散。多层堆叠效果表明，复合膜随着堆叠程度的增加，以吸收为主的绿色电磁屏蔽性能就愈发明显。
 
【图文导读】

图1 多层与少层Ti3C2Tx制备示意图；Ti3AlC2, Ti3C2TxSEM图像。

图2 Ti3C2Tx/HEC复合膜的制备过程比例的形貌表征与XRD图谱。

图3多层Ti₃C₂T_x的微观形貌表征与原子力显微镜图像。

图4 少层Ti₃C₂T_x , Ti₃C₂T_x, Ti₃C₂T_x/HEC 膜的截面SEM图像与分子模型。

图5 Ti₃C₂T_x/HEC复合膜的电化学性能表征与扫速相对容量的关系。

图6 Ti3C2Tx/HEC复合膜的不同厚度对电磁屏蔽性能的影响。

 
【本文总结】
      研究通过二维Ti3C2Tx与羟乙基纤维素的化学键相互作用形成的复合膜具有良好储能性能与电磁屏蔽性能。利用Trasatti分析方法证明了在较低的扫描速率下，Ti3C2Tx/HEC复合膜电极依然可以具有令人满意的性能。同时，复合膜还具有良好的电磁屏蔽性能，并且随着复合膜厚度的增加，电磁屏蔽性能会进一步提高。除此之外，复合膜兼备超薄的厚度与高电磁屏蔽效率，这比传统的金属与优异的碳材料的相比具有较大的优势。工作为加速MXene基储能与电磁屏蔽材料的快速发展提供了新思路。

文献链接：
https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.10.009

消息来源：微信公众号  MXene Frontier