Chem. Mater.┃超高面积比电容的柔性MXene电极：终端的静电和立体效应

英文原题：Ultrahigh Areal Capacitance of Flexible MXene Electrode: Electrostatic and Steric Effects of Terminations

通讯作者：刘承斌，唐艳红，湖南大学

作者：Miao Guo, Wen-Chao Geng, Chengbin Liu,  Jiayun Gua, Zezhong Zhang, Yanhong Tang

近年来，由于安全、长循环寿命、高功率密度、便携、可穿戴等优点，柔性固态超级电容器已成为储能领域的研究热点。二维材料由于固有柔性和高的比表面积而成为理想的柔性电极材料。

二维过渡金属碳化物或碳氮化物（MXene）具有优异的导电性和亲水性，在储能领域展现出广泛的应用前景。阳离子插层是MXene材料的储能机理，因此，构建优异的MXene层间离子通道是提高其电容性能的关键。目前的报道主要是通过在层间引入异质材料提高MXene的层间距从而提高其储能性能。其他报道的策略包括构建多孔的MXene泡沫和自然沉降增大其层间距来改善其易堆剁的问题。但是这些报道的策略都没考虑层间离子通道对电解质离子的静电效应。

考虑到终端的立体效应和静电效应，湖南大学刘承斌教授和唐艳红教授课题组首次引入了-SO₄终端构筑优异的Ti₃C₂T_x MXene层间离子通道。实验和DFT理论计算结果表明：-SO₄终端成功地引入Ti₃C₂T_x MXene 层间；-SO₄终端可以增大Ti₃C₂T_x层间距同时不降低其导电性；-SO₄终端的静电效应可以促进电解质离子的有效渗入；化学键合的-SO₄终端构筑了稳定的层间离子通道。结果表明，Ti₃C₂T_x MXene电极在1 mV s^-1的扫速下，面积比电容高达1399.0 mF cm^-2，比传统方法制备的Ti₃C₂T_x电极的电容高66% 和143%。并且具有优异的倍率性能和循环稳定性。用该MXene电极制备的柔性全固态超级电容器面积比电容可达391.5 mF cm^-2并且展现了优异的柔性可穿戴潜质。

相关论文发表在Chemistry of Materials 上，湖南大学博士研究生郭淼为文章的第一作者，刘承斌教授、唐艳红教授为通讯作者。

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Ultrahigh Areal Capacitance of Flexible MXene Electrodes: Electrostatic and Steric Effects of Terminations

Miao Guo, Wen-Chao Geng, Chengbin Liu*, Jiayun Gu, Zezhong Zhang, Yanhong Tang*

Chem. Mater., 2020, DOI: 10.1021/acs.chemmater.0c02026

Publication Date: September 8, 2020

Copyright © 2020 American Chemical Society

（本稿件来自ACS Publications）