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陳義旺&袁凱AFM：具有更高穩(wěn)定性和儲鋅性能的3D MXenes層間距調(diào)控

2D 過渡金屬碳化物/氮化物 (MXenes) 具有優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，這使得其有望用于電化學(xué)儲能設(shè)備。然而，由于固有的自堆疊和狹窄的層間距，它很少用于多價(jià)離子儲能系統(tǒng)。

在此，南昌大學(xué)陳義旺教授及袁凱教授等人報(bào)道通過一步胺化過程將具有不同分子大小的脂肪二胺和對苯二胺作為支柱插入MXene夾層之間，以抑制自堆疊并獲得不同的膨脹層間距，并提高抗氧化穩(wěn)定性。

X射線衍射結(jié)果表明，MXene的層間距從1.23 nm增加到1.40 nm。對苯二胺插層的Mxene（PDA-Mxene）表現(xiàn)出更佳的層間距（1.38 nm）和匹配的孔結(jié)構(gòu)，改善了電解液的可及表面積，增強(qiáng)了電荷傳輸性能，并促進(jìn)了Zn²⁺存儲。

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圖1. 對苯二胺插層MXene的形成過程示意圖及表征

因此，使用PDA-MXene作為正極的鋅離子混合超級電容器 (ZHSC)在2 M ZnSO₄電解液中表現(xiàn)出更高的比電容（124.4 F g^-1@0.2 A g^-1）以及出色的循環(huán)穩(wěn)定性（1 A g^-1下循環(huán)10000次后容量保持率為85%）。

該研究為有機(jī)小分子精確控制MXene層間距提供了一條途徑，可用于通過優(yōu)化層間距來觀察MXene基電化學(xué)儲能裝置中的有效電荷存儲。

圖2. 基于2 M ZnSO₄電解液的Zn//PDA-MXene的電化學(xué)性能

Manipulating the Interlayer Spacing of 3D MXenes with Improved Stability and Zinc-Ion Storage Capability, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202109524

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