MXenes由于其独特的特性，在超级电容器电极方面显示出巨大的潜力，但同时实现高电容、倍率性能、循环稳定性以及良好的机械柔韧性极具挑战性。
近日，中山大学衣芳教授通过设计电极结构、修饰表面化学以及通过优化集成方法优化制造工艺，获得了同时具有高度增强电容、倍率性能、循环稳定性以及良好机械柔韧性的T3C2Tx MXene基超级电容器电极。这种方法结合并优化了三种都需要煅烧过程的方法：在MXene上碳化原位生长的聚合物（“Cpolymer”）、碱处理（“A”）和模板牺牲（“P”）；优化的工艺导致更丰富的活性位点、更快的离子可及性、更好的化学稳定性和良好的机械柔韧性。因此，所获得的P-MXene/Cpolymer-A电极无需粘结剂且具有自支撑性，不仅具有良好的机械柔韧性，而且比原始MXene电极具有更大的电容和更好的倍率性能。具体来说，P-MXene/CPAQ-A电极（PAQ：醌-胺聚合物）在5 mV s -1时实现了532.9 F g -1的高电容，同时具有优异的倍率性能和增强的循环稳定性（在20 A g -1下循环40000次后具有97.1%的电容保持率）。此外，研究发现碳化原位生长的聚合物可以不同程度地去除-F基团，并且可以通过碱处理来累积去除效果。
文章要点：
1. 这项工作结合并优化了三种均涉及煅烧过程的方法：聚合物碳化法（“Cpolymer”）、碱处理法（“A”）和模板牺牲法（“P”）。与以往通常在高温下制备的MXene/碳化聚合物复合电极不同，作者将煅烧保持在相对较低的温度（400 ℃），这确保了具有良好机械柔韧性的自支撑电极，并且无需额外的试剂。
2. 聚合物首先在MXene层表面原位生长，然后被碳化，这保证了纳米碳在MXene层表面的二维分层均匀分布。碱处理方法优化为在聚合过滤后将碱渗入湿复合膜中，而不是在过滤前，以帮助获得自支撑膜电极。PMMA纳米球的添加促进了碳化原位生长聚合物的均匀碱接触和均匀分布。碳化具有官能团的原位生长聚合物提供了更多的电化学活性位点并进一步增强了电容。修饰在MXene层表面的纳米碳也大大提高了循环稳定性。
3. 结果，所获得的复合超级电容器电极（P-MXene/CPolymer-A）显示出增强的电化学性能和良好的机械柔韧性。
图1 自支撑柔性P-MXene/CPolymer-A薄膜电极的设计
图2 材料的形貌表征
图3 不同电极的电化学表征
图4 不同电极的结构和成分表征
图5 P-MXene/CPAQ-A电极和rGO/PANI//P-MXene/CPAQ-A非对称超级电容器的电化学性能
--3D打印白皮书--
--帮测科技--
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c03351
来源：高分子科学前沿
声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！