反复冻融法高产率制备超薄MXene
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详细介绍

 MXene作为一种独特的二维纳米材料家族成员,集合了优越的电导率、比表面积大、亲水性等优势,并已广泛应用于锂离子电池,电化学中存储系统,电磁干扰屏蔽,电催化剂,光热转换等领域。人们通常密切关注MXene的功能,却忽略了较低的产率。提高MXene的产率的研究可避免不必要的浪费,对大规模生产具有重大的实际意义。


成果简介

     近来,复旦大学武培怡教授在国际知名期刊Advanced Functional Materials发表了题目为“A Facile, High-Yield, and Freeze-and-Thaw-Assisted Approach to Fabricate MXene with Plentiful Wrinkles and Its Application in On-Chip Micro-Supercapacitors的论文,创新性地提出采用反复冻融法,借助冰晶冷冻膨胀的作用力打开MXene片层。几次循环后,无超声作用时以高达39%的产率制备了特殊褶皱结构的MXene纳米片。超音波处理后,MXene的产率达到了破纪录的81.4%。这种独特的MXene纳米片制备的微型电容器也表现出优异的电容性能。

 1aFAT法制备Ti3C2的原理图;(bTi3AlC2SEM图像;(c)多层- Ti3C2,e,f)表面有明显褶皱的FAT-Ti3C2;(dm-Ti3C2冷冻后的sem图像;(g,h HRTEM图;(iXRD图。       

           

 2a)液氮冷冻FAT-MXene, b)冰箱冷冻FAT-MXene,c)超声FAT-MXeneTEM图;(d-f)为其对应的尺寸分布;(g-i)为对应的AFM图和对应的厚度分布图。

 3a)不同循环次数的FAT-MXene分散体的紫外-可见吸收光谱和(b)产量;(c)和(d)为不同循环次数的FAT-MXene的(002)峰角度值。

       

 4aMXeneTEM图(b)有无FAT循环的m-MXene对比图;(cFAT法制备的FAT-MXene与报道文献的对比。


 5a)超声-MXeneFAT-MXene膜的对比图(b-c)柔性FAT-MXene膜照片;(d-fFAT-MXene膜的XRDI-V曲线和拉伸曲线;(g-i)超声-MXene和(j-lFAT-MXene膜的SEM图。


 6a-cMSC的制备示意图;(d-g)各工序照片,标尺为15毫米。

7a-bm-MSCSEM俯视图;cMXene电极膜测试图;(d)不同扫描速度下的CV曲线;e)不同厚度的m-MSC在恒定电流不同电流密度下的充放电(GCD)图;(f)扫描速率为20 mV s−1时的CV曲线;g)不同厚度的m-MSC体积电容;(h)不同厚度的m-MSC在不同的电流密度下的体积电容;(iFAT-MXeneMSC的体积能量和功率密度与其他报道的MSC的对比图。


结 论

通过提出一个简单有效且温和的反复冻融法打开了MXene片层。经过4次循环后, 具有特殊褶皱的Fat-MXene纳米片尺寸较大,产率可高达39%。与超声处理相结合后,虽然尺寸有所降低,产率却进一步提高至81.4%Fat-MXene组装的微型电容器具有高达23.6 mF cm–2的面电容和591 mF cm–3 的体电容。卓越的电化学性能并以此证明了间充质干细胞的高质量脂肪的策略。该研究开辟了一种全新的方法来提高MXene的得率,有利于进一步拓展MXene的应用。


原文链接:

https://doi.org/10.1002/adfm.201910048

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