二維 MXene（Ti3CNTx）具有金屬導電性、超高電容和出色的柔韌性，因此被認為是最有希望用于柔性超級電容器的電極材料。然而，它在電極制造過程中存在嚴重的重新堆疊問題，限制了電極中的離子傳輸動力學和離子的可及性，尤其是在電極表面的法線方向。在此，作者報告了一種 NH3 誘導的原位蝕刻策略，用于制造高性能柔性超級電容器的三維互聯多孔 MXene/ 碳點（p-MC）薄膜。預疊層碳點（CD）首先會阻止 MXene 的重新堆積，從而暴露出更多的內部電化學活性位點。部分分解的 CD 會生成 NH3，用于原位蝕刻 MXene 納米片，形成三維互聯的 p-MC 薄膜。得益于結構優勢和三維互聯離子傳輸通道，p-MC 薄膜電極獲得了出色的重力電容（2 A g
-1 時為 688.9 F g
-1）和卓越的速率能力。此外，將優化的 p-MC 電極組裝成非對稱固態柔性超級電容器，具有高能量密度和優異的循環穩定性，表明 p-MC 電極在實際應用中大有可為。
Fig 1. p-MC 薄膜制造工藝示意圖以及 p-MC 薄膜與傳統純 MXene 薄膜相比的優勢
Fig 2. a p-MC 薄膜的頂視圖和 b 截面掃描電子顯微鏡圖像。 c 純 MXene 薄膜的頂視圖和 d 截面掃描電子顯微鏡圖像。e p-MC 和 f 純 MXene 薄膜的 C 1s XPS 光譜。
Fig 3. a CD 在 TG-MS 熱解過程中的氣態演化曲線 b CD 在不同溫度下的 TG-FTIR 揮發物光譜 c p-MC 薄膜的轉化過程示意圖。
Fig 4. a 純 MXene 和 p-MC 薄膜在 5 mV s -1 時的 CV 曲線 b p-MC 薄膜在 5 至 500 mV s
-1 時的 CV 曲線 c 純 MXene 和 p-MC 薄膜的重力電容與電流密度的關系 d 純 MXene 和 p-MC 薄膜的奈奎斯特曲線 e 對數（陽極峰值電流）與對數（掃描速率）的關系 f 新 MXene 和 p-MC 薄膜的電容貢獻率比較d 純 MXene 和對 MC 薄膜的奈奎斯特圖。 e 對數（陽極峰值電流）與對數（掃描速率）的關系圖。 f 在 5 mV s.
-1 的掃描速率下，純 MXene 和對 MC 薄膜的電容貢獻比較。
Fig 5. a 純 MXene 和交流薄膜在 5 mV s -1 時的 CV 曲線；b 純 MXene 和基于 p-MC 的不對稱全固態柔性超級電容器在 1 A g
-1 電流密度下的 GCD 曲線；c p-MC 和其他 MXene 超級電容器的 Ragone 圖；d 基于 p-MC 的超級電容器在 8 A g
-1 電流密度下的循環穩定性能。g 基于 p-MC 的超級電容器在不同彎曲角度下的光學照片。
相關研究工作由西南交通大學Weiqing Yang和Yan Liu課題組于2023年共同發表在《Nano-Micro Letters》期刊上，NH??Induced In Situ Etching Strategy Derived 3D?Interconnected Porous MXene/Carbon Dots Films for High Performance Flexible Supercapacitors，原文鏈接：https://doi.org/10.1007/s40820-023-01204-4
轉自《石墨烯研究》公眾號
