Angew：分子配体辅助策略提升MXene@rGO能量密度用于超电

原子级薄层纳米片，也就是所谓的2D材料的发展得到了极大的研究关注，因为其内在的一些本质如好的比表面积以及独特的缝状通道等。大多数剥离的纳米片材料具有丰富的表面化学，包括暴露的极性原子与官能团或者表面电荷，使其可以溶解在一些极性溶剂中。正因如此，多种多样的解决方案已经被应用于构造超结构，如层压膜，水凝胶，气凝胶等等。尤其是层压膜中致密堆叠的纳米片，因其高柔性在电化学储能中非常具有竞争力。然而，层压膜通常因为纳米片严重的自堆叠而遭受迟缓的电化学动力学，进而阻碍电解液离子的扩散与吸附。解决这一问题的常规策略是与其他2D材料复合，制备2D/2D异质结构。除了能缓解自堆叠问题以外，2D/2D异质结还可以协同集成不同纳米片，进而产生新性能。另一种方式是通过静电组装的方式将两种不同的纳米片材料组合在一起，但这种方式组装材料的填充密度通常比较低，不利于储能。因此，制备用于储能的兼具高填充密度和均匀的层间通道的2D/2D异质结材料仍然是个一项挑战。

最近，复旦大学董安刚教授在国际顶级学术期刊 Angewandte Chemie International Edition上发表题目为： Molecular Ligand-Mediated Assembly of Multicomponent Nanosheet Superlattices for Compact Capacitive Energy Storage 的研究论文，论使用了一种分子配体辅助的组装策略，成功地将Ti₃C₂T_x与rGO组装在一起，通过热处理，这种MXene-rGO超晶格具有可控的微结构，具有更高的电容。此外，这种无粘结剂的对称式超级电容器展示出了超高的能量密度，是目前报道的水系电解液MXene基材料中最高的。

图1.配体辅助组装的MXene-rGO复合膜的合成示意图。

图2. MXene-rGO复合膜的TEM与AFM图像以及红外与XRD图谱。

图3. MXene-rGO复合膜的HRTEM图像，截面SEM图像与实物图。

图4. MXene-rGO复合膜的HRTEM图像，XRD与Raman图谱以及不同rGO含量密度与导电性。

图5. MXene-rGO复合膜的电化学性能测试。

在本研究中，研究者们提出了一种分子配体辅助的胶体组装策略，可以将单组分和多组分的纳米片材料组装成为高填充密度和高质量的层压高质量的压层超晶格。分子配体附着在纳米片的表面不仅可以促进2D超晶格膜的有序组装，同时还可以转换成无序的碳基质，可以促进离子在层间的快速传输。复合的MXene-rGO层压膜与类似的膜相比，具有更高的密度，这得益于其紧密堆积的本质以及高度有序的堆叠。MXene-rGO膜可以在2 mV s^-1的扫速下产生1443 F cm^-3超高的体积电容，基于这种复合膜的对称式超级电容器具有42.1 Wh L^-1的超高的能量密度。这种策略为2D/2D异质结的组装提供了新的思路。

文献链接：

https://doi.org/10.1002/anie.202009086