哈尔滨工程大学闫俊教授课题组AFM最新进展
通过原位锌模板诱发构筑三维多孔抗氧化MXene/RGO复合材料及其超电容性能研究
【引言】作为一种新型的类石墨烯材料，MXene由于其独特的结构和可调控的表面化学特性引起了人们广泛的关注。同时，MXene也表现出大量的优点，如超高的电导率（15100 S·cm-1），强亲水性和优异的力学性能等。因此MXene在储能领域有着巨大的应用潜力，如应用于超级电容器、锂离子电池和钠离子电池等。然而，与其他二维材料类似，由于层间的范德华力较强，相邻MXene片层不可避免地会发生团聚和面对面堆叠，造成了电化学活性位点的严重丧失。因此，致密的MXene薄膜一般表现出较低的比电容（100-300 F·g-1）和较差的倍率性能。此外，MXene在潮湿的空气、水、高温、水热和溶剂热等条件下易被氧化。为了有效改善这些问题，广大科研工作者们提出了一系列有趣的策略，包括在MXene层间引入客体材料作为支撑剂、构建三维宏观体、通过离子扩散诱导凝胶法、包覆碳层、采用模板法构筑多孔结构和杂原子掺杂等，但目前的方法大多需要高温处理或高浓度MXene等。因此，在室温条件下，使用浓度较低的MXene分散液通过快速、简单的方法设计合成三维多孔MXene仍然是一个挑战。近日，哈尔滨工程大学闫俊教授课题组使用原位金属锌粉作为牺牲模板在室温条件下通过自组装方法构建了三维多孔抗氧化MXene/RGO（PMG）复合材料。该工作以锌粉为原位牺牲模板和还原剂、以Zn2+为交联剂，诱导MXene和RGO纳米片相互交联，形成三维多孔结构。制备的PMG复合材料有效避免了MXene与RGO片层间的团聚与自堆叠，同时具有较强的抗氧化性能。通过测试直接反映氧化程度的电导率来考察复合材料的氧化稳定性。结果表明，与纯MXexe和锌粉还原的MXene（Zn-MXene）样品相比，PMG-5（石墨烯含量5%）复合材料的抗氧化能力明显增强，60天后电导率没有明显下降。除此之外，PMG复合材料用于超级电容器电极材料时表现出优异的电化学性能。相关研究成果以“3D Porous Oxidation-Resistant MXene/Graphene
Architectures Induced by In Situ Zinc Template toward
High-Performance Supercapacitors”为题发表在Adv. Funct. Mater.上。
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项目成果
