【研究背景】

随着可再生能源的逐渐枯竭，储能和转换装置的发展已成为关键问题，并已得到广泛研究。超级电容器由于其高功率密度，长循环寿命和快速充电/放电速率而成为一种有效的电化学能量存储设备。但是，相对较低的能量密度限制了其实际应用。为了实现高性能超级电容器，寻找合适的电极材料是关键因素。近年来，一种新型的二维材料(MXenes)因其高性能而受到越来越多的关注。MXene表面上含氧官能团的存在使其成为基于氧化还原机理的超级电容器中的潜在电极材料。但是，MXene的不可逆堆积会导致这些官能团的利用不充分。
 
【成果简介】
最近，滨州学院Yingyuan Zhao教授和大连理工大学与日本九州工业大学马廷立教授合作在国际知名学术期刊Electrochimica Acta上发表一篇题目为：Electrostatic self-assembly of 2D delaminated MXene (Ti3C2) onto Ni foam with superior electrochemical performance for supercapacitor的研究论文，该研究通过静电自组装制备了由2D分层Ti3C2纳米片（d-Ti3C2）和3D泡沫Ni（NF）组成的复合电极。在该电极中，d-Ti3C2纳米片吸附在3D 泡沫Ni骨架结构的表面上，从而消除了对绝缘聚合物粘合剂的需求。自组装策略使d-Ti3C2/ NF复合材料具有独特的2D/3D结构，其具有导电性好，活性位点多，电荷转移效率高和离子扩散路径短的优点。

【图文导读】
图1. （I）制备d-Ti3C2纳米片和（II）d-Ti3C2 / NF复合材料的示意图

图2.（a）Ti3AlC2，b-Ti3C2和d-Ti3C2纳米片和（b）d-Ti3C2 / NF复合材料的XRD图谱（c）是（b）的放大图

图3.（a）b-Ti3C2（侧视图）和（b）d-Ti3C2纳米片（俯视图） （c）裸露的泡沫镍和（d）d-Ti3C2 / NF（俯视图）（e）d-Ti3C2 / NF的放大图像（俯视图）和（f）d-Ti3C2/ NF的横截面图

图4. b-Ti3C2的高分辨率XPS光谱(a)-(c)和d-Ti3C2纳米片的高分辨率XPS光谱(d)-(f)

图5.氮吸附-解吸等温线：（a）b-Ti3C2和（b）d-Ti3C2/ NF；孔径分布曲线：（a）b-Ti3C2和（b）d-Ti3C2/ NF

图6.（a）纯泡沫镍，b-Ti3C2（NF），d-Ti3C2（NF）和d-Ti3C2/ NF在20mV s-1时的CV曲线 （b）1 A g-1时的GCD曲线 （c）在不同电流密度下的比电容 （d）奈奎斯特图 （e）b-Ti3C2（NF）电极的b值测定（i vs. v1/2），R平方= 0.9989和（f）d-Ti3C2 / NF复合电极（ivs. v），R平方= 0.9756

图7.（a）d-Ti3C2 / NF在不同扫描速率下的CV曲线（b）d-Ti3C2 / NF在不同电流密度下的GCD曲线（c）d-Ti3C2/ NF在10 A g-1时的循环性能和库伦效率（d）循环稳定性测试前后d-Ti3C2 / NF电极的奈奎斯特图

图8.（a）b-Ti3C2作为负极在不同电流密度下的CV曲线和（b）GCD曲线 （c）不同电流密度下b-Ti3C2的比电容图 （d）b-Ti3C2作负极在10 Ag -1下的循环性能

图9.d-Ti3C2 / NF// b-Ti3C2不对称超级电容器的电化学性能
 
【本文总结】
本文通过正负电荷静电吸引和自组装方法合成了d-Ti3C2/ NF复合材料。MXene表面上的含氧官能团使其成为有潜力的超级电容器赝电容电极。所制备的复合材料无需粘合剂和其他添加剂即可直接用作正极。用作正极材料具有出色的电化学能量存储性能，在1 Ag-1下的最大比电容为654 F g-1，并且循环稳定性良好。d-Ti3C2纳米片具有高电导率，将d-Ti3C2纳米片直接和泡沫镍接触有助于电子快速转移并导致高比电容。d-Ti3C2/NF//b-Ti3C2 ASC具有18.1 Whkg-1（397.8 W kg-1）和4731.4W kg-1（9.2 Wh kg-1）的最大能量密度和功率密度，表明其潜在的应用前景，可用作混合动力汽车的电源。此外，ASC表现出出色的稳定性（5000次循环后80.6％）。这些结果表明，d-Ti3C2纳米片将为基于d-Ti3C2纳米片的复合材料储能装置的开发提供新的思路。
 
文献链接：
https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.03.025
信息来源： MXene Frontier