虽然集成MXene的柔性碳膜已被证明是具有良好储能前景的新一代超级电容器材料，但是碳膜制备过程中MXene的氧化和活性位点的缺失会导致不可逆的容量损失。此中，通过静电纺丝和金属有机骨架衍生相结合的非预氧化合成策略，制备了由MXene集成的N掺杂腔体互连多孔碳纳米纤维构成的柔性碳膜。该柔性碳膜克服了MXene在聚丙烯腈稳定过程中的氧化问题，并且衍生的腔体互连多孔结构暴露了更多的活性位点。由于其独特的结构特征和理想的化学组成，该独立的柔性碳膜作为超级电容器的电极材料表现出显着增强的电化学性能。在功率密度为500Wkg-1时表现出26.2 Wh kg-1的能量密度，经过10,000次充放电循环后电容保持率为96.3％。该研究为高性能柔性碳膜的制备提供了独特的策略，同时该技术还可以扩展到其他集成CNF复合材料，用于设计高性能超级电容器电极。
 
图 1. 图1. (a)柔性碳膜合成示意图。碳膜柔性特性的展示：(b)维度展示；(c)缠绕；(d)折叠。
 
图2. 图2. SEM图像：（a）Z-5/PAN薄膜，（b）碳化后的Z-5/PAN薄膜，（c）碳化后的Z-5/PAN薄膜横截面。碳化后Z-x/PAN薄膜获得的N-CPCNF的TEM图像：（d）Z-1/PAN，（e）Z-2/PAN，（f）Z-3/PAN，（g）Z-4/PAN，（h）Z-5/PAN，（i）Z-6/PAN。
 
图 3. (a) 多层 MXene 的 SEM 图像。(b) MX-5/Z-5/PAN 薄膜的 SEM 图像。(c) MX-5/ZnO/CPAN 薄膜的 SEM 图像。MX-5/N-CPCNF 薄膜：(d) SEM 图像；(e) TEM 图像；(f) HRTEM 图像；(g-l) 相应元素 C（红色）、N（绿色）、O（青色）、F（粉色）和 Ti（黄色）的 EDS 映射图像。（有关此图例中颜色引用的解释，请读者参阅本文的网络版本。）
 
图 4. (a) MX-5/Z-5/PAN 薄膜、MXene/ZnO/CPAN 薄膜和 MX-5/N-CPCNF 薄膜的 XRD 图案。(b) 拉曼光谱：N-CPCNF 薄膜、Mxene 和 MX-5/N-CPCNF 薄膜。MX-5/N-CPCNF 薄膜：(c) N2 吸附/解吸等温线，(d) 孔径分布曲线，(e) 全 XPS 光谱，(f-i) C 1s、O 1s、N 1s 和 Ti 2p 的高分辨率 XPS 光谱。
 
 
图 5. 不同电极材料：(a) GCD 曲线，(b) EIS 图。MX-5/N-CPCNF 薄膜：(c) 不同扫描速率下的 CV 曲线，(d) 特定峰值电流的 log(i)-log(v) 图，(e) 5mVs−1 时的电容贡献（绿色）和扩散贡献（橙色），(f) 不同扫描速率的贡献率，(g) 不同电流密度下的 GCD 曲线，(h) 不同电流密度下的比电容，(i) EIS 图（插图：高频区域）。（有关此图例中颜色引用的解释，读者请参阅本文的网络版本。）
 
 
图 6. MX-5@N-CPCNF//MX-5@N-CPCNF-SSC 性能测试：(a) 不同电压窗口下的 CV 曲线，(b) 不同扫描速率下的 CV 曲线，(c) 不同电流密度下的 GCD 曲线，(d) EIS 图（插图：高频区域），(e) Ragone 图，(f) 循环稳定性测试（插图：由 SSC 设备供电的 LED）。
 
     相关科研成果由安徽大学Helin Niu，Kaixuan Wang等人于2024年发表在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
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152804

转自《石墨烯研究》公众号