哈爾濱工程大學閆俊教授課題組AFM最新進展

　　通過原位鋅模板誘發構筑三維多孔抗氧化MXene/RGO復合材料及其超電容性能研究

　　【引言】作為一種新型的類石墨烯材料，MXene由于其獨特的結構和可調控的表面化學特性引起了人們廣泛的關注。同時，MXene也表現出大量的優點，如超高的電導率（15100 S·cm-1），強親水性和優異的力學性能等。因此MXene在儲能領域有著巨大的應用潛力，如應用于超級電容器、鋰離子電池和鈉離子電池等。然而，與其他二維材料類似，由于層間的范德華力較強，相鄰MXene片層不可避免地會發生團聚和面對面堆疊，造成了電化學活性位點的嚴重喪失。因此，致密的MXene薄膜一般表現出較低的比電容（100-300 F·g-1）和較差的倍率性能。此外，MXene在潮濕的空氣、水、高溫、水熱和溶劑熱等條件下易被氧化。為了有效改善這些問題，廣大科研工作者們提出了一系列有趣的策略，包括在MXene層間引入客體材料作為支撐劑、構建三維宏觀體、通過離子擴散誘導凝膠法、包覆碳層、采用模板法構筑多孔結構和雜原子摻雜等，但目前的方法大多需要高溫處理或高濃度MXene等。因此，在室溫條件下，使用濃度較低的MXene分散液通過快速、簡單的方法設計合成三維多孔MXene仍然是一個挑戰。近日，哈爾濱工程大學閆俊教授課題組使用原位金屬鋅粉作為犧牲模板在室溫條件下通過自組裝方法構建了三維多孔抗氧化MXene/RGO（PMG）復合材料。該工作以鋅粉為原位犧牲模板和還原劑、以Zn2+為交聯劑，誘導MXene和RGO納米片相互交聯，形成三維多孔結構。制備的PMG復合材料有效避免了MXene與RGO片層間的團聚與自堆疊，同時具有較強的抗氧化性能。通過測試直接反映氧化程度的電導率來考察復合材料的氧化穩定性。結果表明，與純MXexe和鋅粉還原的MXene（Zn-MXene）樣品相比，PMG-5（石墨烯含量5%）復合材料的抗氧化能力明顯增強，60天后電導率沒有明顯下降。除此之外，PMG復合材料用于超級電容器電極材料時表現出優異的電化學性能。相關研究成果以“3D Porous Oxidation-Resistant MXene/Graphene

　　Architectures Induced by In Situ Zinc Template toward

　　High-Performance Supercapacitors”為題發表在Adv. Funct. Mater.上。