雖然集成MXene的柔性碳膜已被證明是具有良好儲能前景的新一代超級電容器材料，但是碳膜制備過程中MXene的氧化和活性位點的缺失會導致不可逆的容量損失。此中，通過靜電紡絲和金屬有機骨架衍生相結合的非預氧化合成策略，制備了由MXene集成的N摻雜腔體互連多孔碳納米纖維構成的柔性碳膜。該柔性碳膜克服了MXene在聚丙烯腈穩定過程中的氧化問題，并且衍生的腔體互連多孔結構暴露了更多的活性位點。由于其獨特的結構特征和理想的化學組成，該獨立的柔性碳膜作為超級電容器的電極材料表現出顯著增強的電化學性能。在功率密度為500Wkg-1時表現出26.2 Wh kg-1的能量密度，經過10,000次充放電循環后電容保持率為96.3％。該研究為高性能柔性碳膜的制備提供了獨特的策略，同時該技術還可以擴展到其他集成CNF復合材料，用于設計高性能超級電容器電極。
圖 1. 圖1. (a)柔性碳膜合成示意圖。碳膜柔性特性的展示：(b)維度展示；(c)纏繞；(d)折疊。
圖2. 圖2. SEM圖像：（a）Z-5/PAN薄膜，（b）碳化后的Z-5/PAN薄膜，（c）碳化后的Z-5/PAN薄膜橫截面。碳化后Z-x/PAN薄膜獲得的N-CPCNF的TEM圖像：（d）Z-1/PAN，（e）Z-2/PAN，（f）Z-3/PAN，（g）Z-4/PAN，（h）Z-5/PAN，（i）Z-6/PAN。
圖 3. (a) 多層 MXene 的 SEM 圖像。(b) MX-5/Z-5/PAN 薄膜的 SEM 圖像。(c) MX-5/ZnO/CPAN 薄膜的 SEM 圖像。MX-5/N-CPCNF 薄膜：(d) SEM 圖像；(e) TEM 圖像；(f) HRTEM 圖像；(g-l) 相應元素 C（紅色）、N（綠色）、O（青色）、F（粉色）和 Ti（黃色）的 EDS 映射圖像。（有關此圖例中顏色引用的解釋，請讀者參閱本文的網絡版本。）
圖 4. (a) MX-5/Z-5/PAN 薄膜、MXene/ZnO/CPAN 薄膜和 MX-5/N-CPCNF 薄膜的 XRD 圖案。(b) 拉曼光譜：N-CPCNF 薄膜、Mxene 和 MX-5/N-CPCNF 薄膜。MX-5/N-CPCNF 薄膜：(c) N2 吸附/解吸等溫線，(d) 孔徑分布曲線，(e) 全 XPS 光譜，(f-i) C 1s、O 1s、N 1s 和 Ti 2p 的高分辨率 XPS 光譜。
圖 5. 不同電極材料：(a) GCD 曲線，(b) EIS 圖。MX-5/N-CPCNF 薄膜：(c) 不同掃描速率下的 CV 曲線，(d) 特定峰值電流的 log(i)-log(v) 圖，(e) 5mVs−1 時的電容貢獻（綠色）和擴散貢獻（橙色），(f) 不同掃描速率的貢獻率，(g) 不同電流密度下的 GCD 曲線，(h) 不同電流密度下的比電容，(i) EIS 圖（插圖：高頻區域）。（有關此圖例中顏色引用的解釋，讀者請參閱本文的網絡版本。）
圖 6. MX-5@N-CPCNF//MX-5@N-CPCNF-SSC 性能測試：(a) 不同電壓窗口下的 CV 曲線，(b) 不同掃描速率下的 CV 曲線，(c) 不同電流密度下的 GCD 曲線，(d) EIS 圖（插圖：高頻區域），(e) Ragone 圖，(f) 循環穩定性測試（插圖：由 SSC 設備供電的 LED）。
相關科研成果由安徽大學Helin Niu，Kaixuan Wang等人于2024年發表在Chemical Engineering Journal（https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152804）上。原文：Non-preoxidation synthesis of MXene integrated flexible carbon film for supercapacitors
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152804
轉自《石墨烯研究》公眾號
