多孔MXene薄膜因其多樣的孔隙結(jié)構(gòu)和豐富的表面化學(xué)性質(zhì)，成為理想的柔性電子材料，在柔性儲能、電磁屏蔽等應(yīng)用方面潛力巨大。然而，其典型的問題，特別是作為柔性儲能材料時，在高電流密度下，電容性能急劇下降。主要原因在于層間結(jié)合致密，阻礙了離子的動態(tài)擴散，此外，離子擴散路徑的曲率過高，電荷傳輸過程緩慢。目前研究者致力于研發(fā)兼具大比表面積、低曲率以及優(yōu)良導(dǎo)電性和機械性能的多孔MXene薄膜，但仍然面臨諸多挑戰(zhàn)。
多孔MXene薄膜的設(shè)計思路及制備工藝圖
為了解決上述問題，陜西科技大學(xué)陸趙情教授團隊通過離子分子雙交聯(lián)體系設(shè)計和凍干干燥工藝，構(gòu)建了具有低曲率和高強度的三維結(jié)構(gòu)的柔性多孔MXene薄膜材料。該項工作從材料的的表面終端基團、層間距和定向結(jié)構(gòu)角度優(yōu)化了多孔材料的物理化學(xué)性質(zhì)，并為制備輕質(zhì)高強的柔性儲能材料和電磁屏蔽材料提供了新思路。相關(guān)工作在《Energy Storage Materials》（IF：18.9）以“Double cross-linking system for constructing tortuosity-lowered and strength-enhanced porous MXene films with superior capacitive performance and electromagnetic shielding efficiency”為題發(fā)表。
離子交聯(lián)與無交聯(lián)下MXene薄膜的微觀形貌和化學(xué)表征
分子交聯(lián)與離子分子雙交聯(lián)多孔MXene膜的微觀形貌
不同比例的分子交聯(lián)與離子分子雙交聯(lián)多孔MXene膜力學(xué)性能及力學(xué)提升機理圖
多孔MOB與MB膜的電化學(xué)表征及離子傳輸通道示意圖
非對稱超級電容器電化學(xué)性能及應(yīng)用示意圖
多孔薄膜材料的電磁屏蔽性能
文章亮點如下：通過離子分子雙交聯(lián)體系和隨后的冷凍干燥工藝，構(gòu)筑了在橫向和垂直方向都具有三維網(wǎng)狀多孔的結(jié)構(gòu)，這一獨特結(jié)構(gòu)極大縮短了離子的傳遞速率，纖維與納米片之間的高度互連性也提高了多孔膜的力學(xué)性能及電磁屏蔽性能；離子交聯(lián)通過庫侖吸引調(diào)整MXene片層的方向，同時優(yōu)化的終端和離子插層擴大了層間距；分子交聯(lián)通過氫鍵相互作用調(diào)整多孔結(jié)構(gòu)的骨架；具有互連性的多孔MXene-OH/BC膜同時表現(xiàn)出優(yōu)異電化學(xué)性能和電磁屏蔽性能，提供了527 F/g的電容，41.5 MPa的機械強度，分別為MXene薄膜的140%和367%，并表現(xiàn)出67.2 dB的電磁屏蔽效能。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103686
（核稿：劉國棟 編輯：劉倩）
陜公網(wǎng)安備 61011202000334號