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ACS Nano：具有高度取向的MXene纤维组装
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详细介绍


一、文章概述

不受阻碍的纳米级离子通道，具有快速的离子传输速度，这对于生物系统中高效的电化学能量存储、水净化甚至化学转化至关重要。“锁”在纳米级空间中的离子和流体呈现出与整体溶液不同的传输特征。特别地，当尺寸接近或甚至比电解质的Debye长度窄时，纳米通道可以在有限的纳米空间中展现出非凡的离子传导性和选择性离子传输。这种离子传输的改善可以提高各种应用的性能，例如污水超滤、生物传感器以及电化学能量转换/存储。MXenes是一类新兴高导电性2D材料，可以潜在地用作组装基材，以形成具有胶体互连的2D纳米通道和高电子电导率的高度去向的片状原纤维电极。近日，苏州大学Yuanlong Shao联合加州大学洛杉矶分校Richard B. Kaner教授团队通过湿纺工艺以可控的纺丝速度和喷丝头形态来组装具有纳米片高度取向的Ti3C2Tx纤维状电极。相关研究成果以题为“Assembly of Nanofluidic MXene Fibers with Enhanced Ionic Transport and Capacitive Charge Storage by Flake Orientation”发表在材料学顶刊ACS Nano (IF=14.588)上，并引起了广泛地关注。在本文中，镁离子在Ti3C2Tx纳米片之间起到了交联剂的作用，所制备纤维的电导率和机械强度分别提高到7200 S/cm和118 MPa。此外，定向的Ti3C2Tx纤维即使在基于Mg离子的中性电解质中也具有高达1360 F/cm3的体积电容电荷存储能力，这归因于纳米流体离子传输和Mg离子嵌入伪电容。定向的二维Ti3C2Tx驱动的纳米流体通道具有出色的电导率和机械强度，从而赋予MXene纤维以导电离子电缆和活性材料的特性，有望用于纤维型电容性电化学能量存储、生物传感器和生物相容原纤维组织等领域中。


二、图文导读


图1.湿纺工艺和Ti3C2Tx纤维的结构特征。


图2.高取向的Ti3C2Tx纤维的代表性特征。


图3.取向对Ti3C2Tx纤维的离子电导率的影响。


图4. Ti3C2Tx纤维的电化学表征。


图5.纤维型准固态Mg离子超级电容器。


三、论文信息


Assembly of Nanofluidic MXene Fibers with Enhanced Ionic Transport and Capacitive Charge Storage by Flake Orientation

ACS Nano (IF=14.588)

Pub Date : 2021-04-09

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c02271

Shuo Li, Zhaodi Fan, Guiqing Wu, Yanyan Shao, Zhou Xia, Chaohui Wei, Fei Shen, Xiaoling Tong, Jinchao Yu, Kang Chen, Menglei Wang, Yu Zhao, Zhipu Luo, Muqiang Jian, Jingyu Sun, Richard B. Kaner*, and Yuanlong Shao*

College of Energy, Soochow Institute for Energy and Materials Innovations (SIEMIS), Key Laboratory of Advanced Carbon Materials and Wearable Energy Technologies of Jiangsu Province, SUDA-BGI Collaborative Innovation Center, Soochow University, Suzhou 215006, P.R. China


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