具有工業規模和環境穩定的Ti3C2TxMXene基柔性儲能裝置薄膜
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率、溶液處理性以及在儲能和其他應用方面的優異優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境穩定性和力學性能較差的問題，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電添加劑，以實現擴展生產高機械強度的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穩定性，可在環境條件下或浸在硫酸電解質中超過100天。作者提出來的這種策略使MXene材料在現實應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處理，第一步，S水，N-MXene/GO復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薄膜的形態和顯微結構，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構。
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率、優異的靈活性和獨特的交替堆疊層狀結構。因此，它們有望具有良好的電化學性能、高能量儲存能力、快速的電解質運輸，以及提高的循環穩定性。如上圖所示，評估了SNMG薄膜作為電極的電化學性能。
圖6.SNMG-40薄膜在柔性不對稱超電容器中的應用。
如上圖，可以看到在不同彎曲角度下的電容保持，插入上述設備中，顯示設備可以在彎曲狀態下為LED供電。
三、全文總結
綜上所述，作者已經證明，S、n摻雜MXene與大型rGO片的結合可以通過刀片涂層方法產生擴大面積和環境穩定的MXene基薄膜（SNMG-40）。由此產生的SNMG-40薄膜顯示出優異的電導率(1198Scm−1)，抗拉強度可達≈45MPa，高容量電容為698.5F cm−3。aMGSC還提供了優異的機械耐久性和儲能性能。這項工作有助于實現可伸縮和環境穩定的MXene基薄膜，以及高電化學和機械性能之間的平衡，因此，允許基于柔性MXene的薄膜從勞動規模的研究轉移到大規模的現實應用。
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