北航程群峰教授Nat. Commun.:超韧性MXene共价键合石墨烯薄膜

柔性还原氧化石墨烯(rGO)片在便携式电子设备和柔性能源存储系统中有着广泛的应用。然而rGO片较差的机械性能和电导率严重制约了其发展。虽然通过不同的界面相互作用，如氢键、离子键、π-π作用和共价键的结合等可以提高rGO片层的力学性能，但是仍难以兼顾力学性能和导电性能的同步提升。

成果简介

近日，北京航空航天大学的程群峰教授在国际顶级期刊Nature Communications发表了题目为“Super-tough MXene-functionalized graphene sheets”的论文。使用MXene纳米片通过Ti-O-C共价键实现了rGO纳米片的功能化，从而获得MrGO。MrGO片由交联剂(1-aminopyrene-disuccinimidyl suberate, AD)交联。MXene纳米片和AD分子的引入减少了石墨烯片内的空隙，改善了石墨烯片的排列，从而大大提高了石墨烯片的致密性和高韧性。原位拉曼光谱和分子动力学模揭示了Ti-O-C共价键、MXene纳米片的层间滑移作用和π堆积作用的协同界面作用机制。超韧性MXene功能化石墨烯片组装的超级电容器也表现出极高的能量和功率密度。

图 1 MrGO片的制备示意图。

图 2 MrGO片的力学性能。

图 3 MrGO片的的增韧机制。

图 4 其超级电容器的电化学性能。

图 5 其超级电容器的弯曲测试。

结 论

这项工作通过MXene功能化石墨烯制备了高强度、超高韧性和优异电导率的纳米片。组装的柔性超级电容器具有超高的体积能量密度（~13.0 mWh cm^-3）。在0o到180o下经17000次弯曲循环后，容量保持率仍为~98%。这种功能化石墨烯策略为制备兼具优异的力学和电学性能的二维复合薄膜材料提供了新思路。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-020-15991-6.pdf

信息来源：MXene学术