时间：2023-02-22 浏览：10
二维层状材料MXenes凭借金属导电性、高亲水性和大比表面积等优势，吸引了科研工作者们越来越多的关注。得益于这些优势，MXenes被认为是微型储能单元非常有竞争力的关键材料之一。
我院岳阳副教授及其合作者前期总结了基于Ti3C2Tx MXene的柔性可穿戴电子设备，综述了MXene的制备方法、基本属性和组装方法以及器件多功能集成的新趋势。相关成果发表于ACS Nano 2022, 16, 1734-1758。在前期文献大量调研的基础上，他们将MXene作为电极材料组装成锌离子微电容器（ZIMCs）用于可穿戴电子设备领域取得一系列进展。首先，通过肼蒸汽诱导还原制备了MXene/rGO基泡沫，可实现密度（100-360 mg cm-3）和孔径（5.08-61.04 μm）的精确调节，实现了泡沫材料密度和孔隙率的平衡。相关成果发表于Energy Storage Mater., 2022, 50, 444-453。为提高锌离子微电容器的能量密度和机械性能，满足小型化和自供电电子系统的快速发展和模块化。在此基础上，利用低成本的刮刀涂层和发泡技术，创造性地组装了具有复合蜂窝 三维（3D）网络结构的柔性ZIMCs。相关成果发表于Energy Storage Mater., 2023, 55, 754-762。为进一步验证这种具有复合蜂窝 三维（3D）网络结构的储能效果，以此网络结构为基底分别以MXene为电容型电极，V2O5-PANI复合材料为电池型电极，组装了同时具备高机械性能和储能能力的ZIMCs。相关成果发表于Chem. Eng. J., 2023, 457, 141339。
在以上大量研究工作的基础上，他们近期受自然界普遍存在的默里定律的灵感激发，即生物体百年来进化出的高度分级结构用以实现有效扩散和最大化传质，构筑了跨微-介-大孔分级互连的多孔MXene电极（图1）。基于该MXene电极的锌离子微电容器表现出高达410 mF cm-2的面积比电容，且在2100 ?W cm-2的功率密度下，实现了高达103 ?Wh cm-2的能量密度。本文为电极材料（不限于MXene）实现超短的离子扩散通道和最大的传输效率提供了一个有效的策略，可用于下一代高性能能量存储。相关研究成果以“Nature-Inspired Interconnected Macro/Meso/Micro-Porous MXene Electrode”为题在国际期刊 Advanced Functional Materials上发表。
图1. 跨微-介-大孔分级互连的多孔MXene电极的制备流程
上述研究得到国家自然科学基金、安徽省自然科学基金、lovebet爱博网页版科研启动经费和安徽省信息材料与智能传感实验室开放基金等项目的支持。lovebet爱博网页版硕士研究生王梦洁、汪泳欣、卫志超、李傲和本科生张红运分别为第一作者，lovebet爱博网页版均为第一或单独通讯单位。
