基于MXenes的超級電容器具有超高的容量電容、高功率特性和良好的循環(huán)性能，是一種極具前景的電化學(xué)儲能器件。然而，它們有嚴(yán)重的自我放電行為，而潛在的自我放電機(jī)制尚不清楚。本文提出了一種基于生物熱處理的表面工程策略，通過消除羥基末端來有效地修飾Ti
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x MXenes的表面電子結(jié)構(gòu)。通過開爾文探針力顯微鏡和同步輻射x射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)采用普通水溶液的MXene基超級電容器的自放電率下降了20%。這種下降機(jī)制源于MXenes中羥基去除后功函數(shù)增加，導(dǎo)致零電荷電位升高。同時(shí)，強(qiáng)化的表面偶極子使得鎂烯與電解質(zhì)之間的表面自由能更高。這兩種正效應(yīng)賦予MXenes較弱的自放電動力學(xué)。具體來說，激活控制的自我放電過程被大大抑制。闡明電子結(jié)構(gòu)與自放電伴隨的表面工程抑制策略之間的相關(guān)性，對高性能儲能器件的開發(fā)具有指導(dǎo)意義。
圖1 揭示和調(diào)節(jié)Ti
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x MXene基超級電容器的自放電行為。
圖2. 界面調(diào)制對Ti3C2Tx MXene表面化學(xué)的影響。
圖3 (A和B) IL-BF4-C6- Ms和(C和D) IL-PF6-C6-Ms制備的MXenes的SEM圖像。
圖4. Ti3C2Tx MXene中表面基團(tuán)與電子結(jié)構(gòu)的直接關(guān)系。
圖5 電子結(jié)構(gòu)對電極電位和表面自由能的影響。
相關(guān)科研成果由西南交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院Haitao Zhang等人于2022年發(fā)表在Adv. Funct. Mater (DOI: 10.1002/adfm.202208715)上。原文：Origin and Regulation of Self-Discharge in MXene Supercapacitors。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
