Enhancing Capacitance Performance of Ti 3 C 2 T x MXene as Electrode Materials of Supercapacitor: From Controlled Preparation to Composite Structure Construction Xiaobei Zang, Jiali Wang, Yijiang Qin, Teng Wang, Chengpeng He, Qingguo Shao, Hongwei Zhu, Ning Cao* Nano‑Micro Lett.(2020) 12:77 https://doi.org/10.1007/s40820-020-0415-5 研究背景 超级电容器由于具有比电池更高的功率密度，比传统平板电容器更高的能量密度，被认为是下一代能源存储设备。最近几年，MXene作为二维固体材料的新成员，由于具有优异的物理和化学性能，引起了研究者们的广泛关注，其作为电极材料也显示出了优异的电化学储能性能和电子导电性。 本文亮点 1. 对传统和新颖的 刻蚀方法 进行了总结和比较，特别是 无氟方法 。对加速剥离Ti 3 C 2 T x 的方法进行分类。 2. 比较了不同电解质中Ti 3 C 2 T x 的 储能机理 ，探讨了形貌和表面官能团对储能机理的影响。 3. 针对Ti 3 C 2 T x 的问题，总结并比较了 从结构调节到复合结构构建 的改善电容的策略。 内容简介 Ti 3 C 2 T x 是一种新型的二维层状材料，由于其良好的金属导电性，氧化还原反应活性表面等优点，被广泛用作超级电容器的电极材料。但是，Ti 3 C 2 T x 存在许多挑战有待解决，阻碍了其获得理想的比电容，例如钛的重新堆积，重新压碎和氧化。最近，许多增强Ti 3 C 2 T x 的电容性能策略被提出。中国石油大学(华东)曹宁副教授团队在这篇综述中，总结并比较了改善Ti 3 C 2 T x 超级电容器电极材料的比电容的最新策略，例如成膜，表面改性和复合方法。此外，为了理解这些机理，本综述分析了不同电解质中的储能性能及其影响因素。该综述有望预测超级电容器中Ti 3 C 2 T x 材料的研究方向。 图文导读 I 提高Ti 3 C 2 T x 电容的一般策略 图1. (a)Ti 3 C 2 T x 的结构;(b)N掺杂的Ti 3 C 2 T x ；(c)Ti 3 C 2 T x /层状金属双氢氧化物；(d)Ti 3 C 2 T x /导电聚合物；(e)碳插层的Ti 3 C 2 T x 复合纸；(f)WO 3 /Ti 3 C 2 T x 复合纸；(g)3D Ti 3 C 2 T x 气凝胶。 II Ti 3 C 2 T x 性质 图2. Ti 3 C 2 T x 结构。(a)Ti 3 C 2 T x 的原子构型图；(b)Mxene蚀刻和剥离的工艺示意图；(c)Ti 3 C 2 T x 颗粒和Ti 3 C 2 T x 的扫描电子显微镜(SEM)图像。 III Ti 3 C 2 T x 电容特性 3.1 双电层电容 图3.Ti 3 C 2 T x 在5 mV/s的扫描速率下的电化学性能。(a)Ti 3 C 2 T x 表面离子嵌入机理的示意图。(b)Ti 3 C 2 T x 在LiCl，NaCl和KCl水溶液中在不同电势窗口下的CV曲线。 3. 2 赝电容 图4. Ti 3 C 2 T x 在不同电解质中的赝电容。(a)H 2 SO 4 溶液中Ti 3 C 2 T x 的表面基团的变化；(b)Ti 3 C 2 T x 的CV曲线，扫描速率为20 mV/s；(c)不同扫描速率下Ti 3 C 2 T x 的质量比电容；(d)Ti 3 C 2 T x 在KOH电解质中不同扫描速率下的CV曲线；(e)使用Ti 3 C 2 T x 作为具有溶剂化或去溶剂化状态的负极的超级电容器示意图。 IV 提高容量 4.1 表面改性 4.2 成膜 图5.(a)纳米多孔Ti 3 C 2 T x 膜的制备示意图；(b)泡沫镍的SEM图像；(c)Ti 3 C 2 T x 薄膜和改性纳米多孔薄膜的CV曲线，扫描速率为10 mV/s。MP-MX x 指获得了纳米多孔Ti 3 C 2 T x 膜。 4.3 Ti 3 C 2 T x 气凝胶 图6.(a)不同放大倍数Ti 3 C 2 T x 气凝胶的SEM图像；(b)Ti 3 C 2 气凝胶的横截面图，Ti 3 C 2 气凝胶的SEM图像以及TEM；(c)Ti 3 C 2 气凝胶的CV和GCD曲线，不同质量载荷下的比电容，Ti 3 C 2 气凝胶堆叠电容的虚部(C”)的变化以及不同质量载荷下的面电容。 V 复合方法 5.1 导电聚合物 5.2 过渡金属氧化物 图7.(a)Ti 3 C 2 T x 与吡咯聚合示意图；(b)Ti 3 C 2 T x /MnO 2 纳米线的横截面SEM图像和TEM图像；(c)不同样品Ti 3 C 2 T x / MnO 2 纳米线的CV和GCD曲线。 5.3 碳基材料 图8. Ti 3 C 2 T x -rHGO纳米多孔网络。(a)SEM横截面图；(b)Ti 3 C 2 T x 薄膜和Ti 3 C 2 T x -rHGO的CV和GCD曲线以及面质量负载对体积比电容的影响。 图9. (a)静电纺丝Ti 3 C 2 T x 复合材料的形貌；(b)使用双辊法制备Ti 3 C 2 T x 纤维的过程示意图；(c) 双辊法制备Ti 3 C 2 T x 纤维的表面和横截面形貌；(d)获得的CV曲线和GCD曲线。 5.4 杂原子掺杂 图10. N掺杂的Ti 3 C 2 T x 。(a)N掺杂的Ti 3 C 2 T x 在水合电解质中电荷存储示意图；(b)使用尿素作为氮源的Ti 3 C 2 和N掺杂的Ti 3 C 2 T x 的光学和SEM图像；(c)使用不同方法制备的Ti 3 C 2 薄膜和N掺杂的Ti 3 C 2 的CV曲线。 作者简介 曹宁 本文通讯作者 中国石油大学(华东) ▍ 主要研究领域 新型碳基功能材料；材料表面工程。 ▍Email: caoning1982@gmail.com ▍个人主页: http://mse.upc.edu.cn/2018/1202/c13591a187726/page.htm 撰稿： 《纳微快报》编辑部 编辑： 《纳微快报》编辑部 关于我们 Nano-Micro Letters是上海交通大学主办的英文学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的最新高水平科研成果与评论文章及快讯，在Springer开放获取（open-access）出版。可免费获取全文，欢迎关注和投稿。 E-mail： editorial_office@nmletters.org Tel： 86-21-34207624
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