MXene是2D過(guò)渡金屬碳化物和氮化物的新家族，由于其良好的導(dǎo)電性、高的比表面積和出色的電化學(xué)性能，在電化學(xué)儲(chǔ)能、傳感技術(shù)和催化方面引起了極大的關(guān)注。在這項(xiàng)工作中，通過(guò)便捷的原位還原和熱退火工藝設(shè)計(jì)和制備了一系列摻雜Co
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4的3D MXene/RGO混合多孔氣凝膠，其中還原的氧化石墨烯（RGO）導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)可以電連接分離的Co
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4-MXene復(fù)合納米片，導(dǎo)致增強(qiáng)的電子導(dǎo)電性。發(fā)現(xiàn)以質(zhì)量比為3:1的Co
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4-MXene/RGO（CMR31）制備的Co
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4-MXene/RGO混合多孔氣凝膠作為超級(jí)電容器的電極時(shí)，在1 A/g電流密度下，達(dá)到345 F/g的超高比電容，大大高于Ti
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x MXene、RGO和MXene/RGO電極。另外，可以實(shí)現(xiàn)高電容保持率（在3 A/g的高電流密度下，10000次循環(huán)后為初始電容的85％）和低內(nèi)部電阻R
s（0.44 W）。全固態(tài)非對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器（ASC）器件是使用CMR31組裝的，并且如果四個(gè)ASCs串聯(lián)連接，它能夠點(diǎn)亮藍(lán)色LED指示燈5分鐘。因此，這些新型的Co
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4-MXene/RGO混合多孔氣凝膠在高能量存儲(chǔ)設(shè)備中具有潛在的實(shí)際應(yīng)用。
Figure 1. Co
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4-MXene/RGO混合多孔氣凝膠的逐步制備示意圖。
Figure 2. a,b）MAX（Ti
3AlC
2）的SEM圖像；c,d）Ti
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x MXene的SEM圖像；e,f）Co
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4-MXene的SEM圖像
Figure 3. a）穩(wěn)定的MAX粉、Ti3C2Tx MXene水分散體、Co
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4-MXene水分散體、GO水分散體和Co
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4-MXene/RGO混合多孔氣凝膠的數(shù)碼照片；b,c）CMR31的SEM圖像；d）CMR31的EDX圖像；e）CMR31中C、O、Ti和Co元素的元素映射圖像
Figure 4. a）以10 mV/s的掃描速率測(cè)量的Ti
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x MXene、Co
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4-MXene、CMR11、CMR31和CMR51電極的CV曲線(xiàn)；b）在1 A/g的電流密度下測(cè)量的GCD曲線(xiàn)；c）在10到100 mV/s的不同掃描速率下CMR31電極的CV曲線(xiàn)；d）CMR31電極在1至10 A/g的不同電流密度下的GCD曲線(xiàn)；e）0.01 kHz至100 Hz頻率范圍內(nèi)的EIS奈奎斯特圖；插圖顯示了在高頻范圍內(nèi)的曲線(xiàn)圖；f）CMR31電極在10000次循環(huán)中的循環(huán)穩(wěn)定性；插圖顯示了在第一個(gè)和第10000個(gè)周期獲得的CV曲線(xiàn)
Figure 5. a）20mV/s的掃描速率，不同電勢(shì)窗的CV曲線(xiàn)；b）ASC在0–1.6 V的電位窗口中以不同掃描速率的CV曲線(xiàn)；c）GCD在不同電位窗口中的GCD曲線(xiàn)；d）在電位窗口0–1.6 V中，不同電流密度下ASC的GCD曲線(xiàn)；e）CMR31//AC ASC設(shè)備的示意圖；f）CMR31//AC ASC的Ragone圖；g）由串聯(lián)的四個(gè)全固態(tài)ASCs點(diǎn)亮LED指示器，在不同時(shí)間的亮度
相關(guān)研究成果于2019年由青島大學(xué)Jingquan Liu課題組，發(fā)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。
