具有工業(yè)規(guī)模和環(huán)境穩(wěn)定的Ti3C2TxMXene基柔性儲能裝置薄膜
發(fā)布時間：2021-08-03 13:37:33 人氣：1181
一、文章概述
MXenes、二維過渡金屬碳化物和氮化物因其金屬電導(dǎo)率、溶液處理性以及在儲能和其他應(yīng)用方面的優(yōu)異優(yōu)點而引起了極大的興趣。然而，原始的MXene薄膜往往具有因為其極性端子群引起的環(huán)境穩(wěn)定性和力學(xué)性能較差的問題，從而層間相互作用較弱。在此，文章作者提出了一種自適應(yīng)MXene表面功能的異原子摻雜策略，隨后加入了大尺寸的還原氧化石墨烯作為導(dǎo)電添加劑，以實現(xiàn)擴展生產(chǎn)高機械強度的S、N-MXene/rGO（SNMG-40）混合薄膜。值得注意的是，SNMG-40薄膜也展示了長期的循環(huán)穩(wěn)定性，可在環(huán)境條件下或浸在硫酸電解質(zhì)中超過100天。作者提出來的這種策略使MXene材料在現(xiàn)實應(yīng)用中作為柔性電子器件和電磁干擾屏蔽更有競爭力。
二、圖文導(dǎo)讀
圖1.S、N-摻雜MXene的合成示意圖。
S、N-摻雜Ti3C2TxMXene的制造工藝包括兩個主要步驟：Ti3C2TxMXene薄片；退火處理對硫、氮原子的摻雜。
圖2.攜帶分子的部分2D-Ti3C2Tx的表征。
純MXene和S、N-MXene、嵌入的（002）峰的XRD圖樣顯示了S和N元素的EDS映射圖像。
圖3 .幾種S、N-MXene的高分辨率XPS光譜。
圖4.SNMG薄膜的制作和表征。
圖（a）S、N-MXene/rGO(SNMG)混合薄膜可通過葉片涂層、自然干燥和圍棋還原三個步驟連續(xù)處理，第一步，S水，N-MXene/GO復(fù)合分散體分散在聚酯基板表面上。在此過程之前，通過透射電子顯微鏡(TEM)和原子力顯微鏡表征，證明了已制備的S、N-MXene的高質(zhì)量薄片。如圖2b所示，大面積獨立式SNMG-40薄膜具有良好的靈活性，可卷起來更方便存儲。為了觀察已制備的SNMG薄膜的形態(tài)和顯微結(jié)構(gòu)，獲得了掃描電子顯微鏡(SEM)和TEM圖像。如圖2c所示，SNMG-40薄膜厚度約1μm，顯示了來自橫截面SEM圖像的高度對齊的分層結(jié)構(gòu)。
圖5.SNMG薄膜的儲能特性。
具有異原子摻雜的SNMG薄膜具有良好的電導(dǎo)率、優(yōu)異的靈活性和獨特的交替堆疊層狀結(jié)構(gòu)。因此，它們有望具有良好的電化學(xué)性能、高能量儲存能力、快速的電解質(zhì)運輸，以及提高的循環(huán)穩(wěn)定性。如上圖所示，評估了SNMG薄膜作為電極的電化學(xué)性能。
圖6.SNMG-40薄膜在柔性不對稱超電容器中的應(yīng)用。
如上圖，可以看到在不同彎曲角度下的電容保持，插入上述設(shè)備中，顯示設(shè)備可以在彎曲狀態(tài)下為LED供電。
三、全文總結(jié)
綜上所述，作者已經(jīng)證明，S、n摻雜MXene與大型rGO片的結(jié)合可以通過刀片涂層方法產(chǎn)生擴大面積和環(huán)境穩(wěn)定的MXene基薄膜（SNMG-40）。由此產(chǎn)生的SNMG-40薄膜顯示出優(yōu)異的電導(dǎo)率(1198Scm−1)，抗拉強度可達(dá)≈45MPa，高容量電容為698.5F cm−3。aMGSC還提供了優(yōu)異的機械耐久性和儲能性能。這項工作有助于實現(xiàn)可伸縮和環(huán)境穩(wěn)定的MXene基薄膜，以及高電化學(xué)和機械性能之間的平衡，因此，允許基于柔性MXene的薄膜從勞動規(guī)模的研究轉(zhuǎn)移到大規(guī)模的現(xiàn)實應(yīng)用。
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