变废为宝，加速MXene产业化

智能电子和物联网的发展极大地促进了功能材料和设备的发展，尤其是微型超级电容器（MSCs）。但是能量密度高、循环寿命长、快速充电/放电和低成本仍然是一个主要的挑战。丝网印刷技术具有最高的沉积率，允许快速和批量化制备MSCs。目前主要存在功能性墨汁的开发、合适的流变性能和高分辨率屏幕的打印的问题。此外，为了提高导电性或提高机械稳定性以及调节流变性能，大多数报道的墨汁系统都含有添加剂。这将造成额外的去除成本。2D过渡金属碳化物/碳氮化物(MXene)凭借超高的本征电导率、大比表面积和优良的机械性能，在电化学储能、电磁屏蔽、催化和传感等领域引起了巨大的关注。但是未剥离的mxene前驱体质量可达80-90%，通常都作为废物丢弃了，形成了巨大的浪费，阻碍了MXene的产业化发展。

成果简介

近来，瑞士联邦理工学院联邦材料科学研究所的张传芳研究团队在国际知名期刊Advanced Materials发表了题目为“Turning Trash into Treasure: Additive Free MXene Sediment Inks for Screen-Printed Micro-Supercapacitors”的论文。报道了一种主要由未蚀刻前驱体和多层MXene沉积物组成的无添加剂印刷功能导电墨汁。结果表明，剥离的MXene纳米片可以作为层状结构纳米颗粒高效的导电粘合剂，保持其完整的机械性能和导电网络。印刷的微型超级电容器展示出158 mF cm⁻²的面电容和1.64 μWh cm⁻²的能量密度，高于其它报道的MXene或石墨烯器件。这种“化废为宝”的导电墨汁制备策略发挥了MXene用于丝网印刷的巨大潜力，为下一代可穿戴设备智能电子产品的可持续生产奠定了基础。

图 1 MXene沉积物墨汁的丝网印刷示意图。

图 2 MXene沉积物墨汁的形貌和结构表征。

图 3 MXene沉积物墨汁的丝网印刷的表征。

图 4 器件结构对电化学性能的影响。

图 5 MXenes薄膜与报道文献的屏蔽性能的对比。

图 6 MXene沉积物墨汁的微超级电容器的批量生产。

结 论

综上所述，报道了一种无添加剂的MXene沉积物墨汁和可批量化打印各种的高分辨率图案和结构。其中，百分之几的纳米片具有保持导电网络与机械性能完整性的重要作用。印刷的可批量化生产的MSCS表现出优异的电荷存储性能，包括高的面积电容和高的能量/功率密度，超过所有已知的印刷MSCs。这样一个变废为宝的丝网印刷技术将极大地推动MXene材料的产业化发展。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202000716

信息来源：MXene学术