圖1 MXene/rGO復合材料合成過程圖。
近期，德雷塞爾大學Yury Gogotsi教授等人以帶正電荷的還原氧化石墨烯(rGO)和帶負電荷的碳化鈦MXene納米片為原材料，通過靜電自組裝法合成出MXene/rGO復合材料，作為超級電容器電極材料，表現(xiàn)出優(yōu)越的電化學性能。此成果發(fā)表在國際期刊Adv. Funct. Mater.上。
圖2 (a)在3 M H2SO4電解質(zhì)中，掃速為20 mV/s時，MXene和MXene/rGO的CV圖；(b)M/G-5%電極在不同掃速下的CV圖；(c)M/G-5%電極的峰值電流與掃描速率(2-50 mV/s)之間的關系圖；(d)M/G-5%電極在不同電流密度下的充放電曲線圖；(e-f)MXene和MXene/rGO電極在不同掃速下的質(zhì)量比電容和體積比電容圖。
圖3 MXene和M/G-5%電極在對稱超級電容器中不同掃速下的(a)CV圖；(b)質(zhì)量比電容圖；MXene和M/G-5%電極在對稱超級電容器中(c)質(zhì)量；(d)體積能量和功率密度圖。
M/G-5%(5%為rGO的質(zhì)量分數(shù))復合材料表現(xiàn)出超高的電導率(2261 S/cm)和密度(3.1 g/cm^3)以及優(yōu)越的電化學性能。以3 M H2SO4電解質(zhì)為電解質(zhì)，運用三電極體系檢測MXene/rGO電極的電化學性能。
在掃速2 mV/s，M/G-5%電極體積比電容高達1040 F/cm^3；在掃速100 mV/s 和1 V/s下，體積比電容為777和634 F/cm^3，體現(xiàn)了良好的倍率性能。為了檢測M/G-5%電極在實際應用中的性能，將其應用在對稱超級電容器中，表現(xiàn)出超高的體積比能量密度32.6 Wh/L。
作者在文中解釋了MXene/rGO電極具有如此良好電化學性能的原因：
(1)在MXene層之間插入rGO納米片不僅可以有效地抑制MXene層間的堆疊，而且可以增大MXene的層間距形成良好對齊的交替排列結(jié)構。這有利于電解質(zhì)離子的快速擴散和運輸，提高MXene的電化學利用率和倍率性能；
(2)良好的電導率有利于充放電過程中離子快速轉(zhuǎn)移，減小內(nèi)部阻抗；
(3)高的電極密度有利于提高體積比電容。
