MXene是2D过渡金属碳化物和氮化物的新家族，由于其良好的导电性、高的比表面积和出色的电化学性能，在电化学储能、传感技术和催化方面引起了极大的关注。在这项工作中，通过便捷的原位还原和热退火工艺设计和制备了一系列掺杂Co₃O₄的3D MXene/RGO混合多孔气凝胶，其中还原的氧化石墨烯（RGO）导电网络可以电连接分离的Co₃O₄-MXene复合纳米片，导致增强的电子导电性。发现以质量比为3:1的Co₃O₄-MXene/RGO（CMR31）制备的Co₃O₄-MXene/RGO混合多孔气凝胶作为超级电容器的电极时，在1 A/g电流密度下，达到345 F/g的超高比电容，大大高于Ti₃C₂T_x MXene、RGO和MXene/RGO电极。另外，可以实现高电容保持率（在3 A/g的高电流密度下，10000次循环后为初始电容的85％）和低内部电阻R_s（0.44 W）。全固态非对称超级电容器（ASC）器件是使用CMR31组装的，并且如果四个ASCs串联连接，它能够点亮蓝色LED指示灯5分钟。因此，这些新型的Co₃O₄-MXene/RGO混合多孔气凝胶在高能量存储设备中具有潜在的实际应用。
 
Figure 1. Co₃O₄-MXene/RGO混合多孔气凝胶的逐步制备示意图。

 
Figure 2. a,b）MAX（Ti₃AlC₂）的SEM图像；c,d）Ti₃C₂T_x MXene的SEM图像；e,f）Co₃O₄-MXene的SEM图像

 
Figure 3. a）稳定的MAX粉、Ti3C2Tx MXene水分散体、Co₃O₄-MXene水分散体、GO水分散体和Co₃O₄-MXene/RGO混合多孔气凝胶的数码照片；b,c）CMR31的SEM图像；d）CMR31的EDX图像；e）CMR31中C、O、Ti和Co元素的元素映射图像
 

Figure 4. a）以10 mV/s的扫描速率测量的Ti₃C₂T_x MXene、Co₃O₄-MXene、CMR11、CMR31和CMR51电极的CV曲线；b）在1 A/g的电流密度下测量的GCD曲线；c）在10到100 mV/s的不同扫描速率下CMR31电极的CV曲线；d）CMR31电极在1至10 A/g的不同电流密度下的GCD曲线；e）0.01 kHz至100 Hz频率范围内的EIS奈奎斯特图；插图显示了在高频范围内的曲线图；f）CMR31电极在10000次循环中的循环稳定性；插图显示了在第一个和第10000个周期获得的CV曲线

 
Figure 5. a）20mV/s的扫描速率，不同电势窗的CV曲线；b）ASC在0–1.6 V的电位窗口中以不同扫描速率的CV曲线；c）GCD在不同电位窗口中的GCD曲线；d）在电位窗口0–1.6 V中，不同电流密度下ASC的GCD曲线；e）CMR31//AC ASC设备的示意图；f）CMR31//AC ASC的Ragone图；g）由串联的四个全固态ASCs点亮LED指示器，在不同时间的亮度
 
        相关研究成果于2019年由青岛大学Jingquan Liu课题组，发表在Chem. Eur. J.（https://doi.org/10.1002/chem.201806342）上。原文：Fabrication of Cobaltosic Oxide Nanoparticle-Doped 3D MXene/Graphene Hybrid Porous Aerogels for All-Solid-State Supercapacitors。