二维过渡金属碳化钛(Ti3C2Tx)作为一种很有前途的电池和超级电容器候选材料，具有优异的电化学性能，但由于其形貌结构差、力学性能低、工艺昂贵等原因，难以满足实际应用。在此，我们提出了一种基于微流控湿熔纺丝化学(MWSC)的实用而高效的方法来构建mxene基纤维织物(MFFs)的分层结构，从而获得具有超强韧性、高导电性和易加工性能的MFF电极。首先，在微流控装置的微通道中，石墨烯量子点(GQDs)和MXene纳米片构建了具有多锚点相互作用的点片结构，增强了MXene纤维的机械强度;其次，MWSC工艺组装的Ti3C2Tx/GQDs织物的纤维网络结构增强了整个织物的可变形性;最后，通过聚苯胺(PANI)纳米纤维原位聚合生长构建的PANI@Ti3C2Tx/GQDs的核壳结构为动力学迁移和离子积累提供了更多的离子可达途径和位点。通过形貌和微观结构设计，该策略对导电织物电极的大规模制备具有指导意义，为同时提高导电织物电极的机械强度和电化学性能提供了可行的解决方案。
图文简介
微流控合成MFFs的示意图。a)用MILD方法剥离Ti3C2Tx纳米片。b) MXene/GQDs织物的微流控湿熔组装和PANI@MXene/GQDs织物的原位聚合生长
MFFs的微观结构及理化成分表征。a) PANI@Ti3C2Tx/GQDs MFFs的表面SEM图像。b-d) PANI@Ti3C2Tx/GQDs MFFs的放大表面SEM图像。e-g) MFFs中Ti、C、N的能谱图。h) Ti3C2Tx、Ti3C2Tx/GQDs和PANI@Ti3C2Tx/GQDs的羰基分布密度(1735 cm−1)显微图像。i- 1) ti2p, c1s, n1s和o1s的MFFs的XPS谱。m) Ti3C2Tx、Ti3C2Tx/GQDs和PANI@Ti3C2Tx/GQDs材料的XRD谱图。n) Ti3C2Tx、Ti3C2Tx/GQDs和PANI@Ti3C2Tx/GQDs材料的拉曼光谱。o) Ti3C2Tx、Ti3C2Tx/GQDs、PANI@Ti3C2Tx/GQDs材料的孔径分布和比表面积。
基于三电极体系的MFFs在1 M H2SO4电解质中的电化学性能。a)扫描速率为10 mV s−1时，Ti3C2Tx、Ti3C2Tx/GQDs，PANI@Ti3C2Tx/GQDs材料的CV曲线。b)电流密度为1 a g-1时的GCD曲线。c) Ti3C2Tx、Ti3C2Tx/GQDs和PANI@Ti3C2Tx/GQDs材料的EIS测量。插图:奈奎斯特图的凹陷半圆和等效电路模型。d)不同电流密度下的比重电容。E) b归一化阴极峰值电流值的测定。f) PANI@Ti3C2Tx/GQDs材料在不同扫描速率下的电容性贡献。g)三种结构电极材料中的离子分布示意图。
MFFs的电化学和力学性能。a) Ti3C2Tx/GQDs和PANI@Ti3C2Tx/GQDs材料的TGA曲线。b)不同PANI含量PANI@Ti3C2Tx/GQDs在10 mV s-1扫描速率下的CV曲线。c) PANI@Ti3C2Tx/GQDs材料在电流密度为1 a g-1时的GCD曲线。d) PANI@Ti3C2Tx/GQDs材料的重量电容。e) Ti3C2Tx、Ti3C2Tx/GQDs、PANI@Ti3C2Tx/GQDs材料的拉伸应力。f) PANI@Ti3C2Tx/GQDs织物电极的柔性。g)基于H2SO4/PVA凝胶电解质的PANI@Ti3C2Tx/GQDs固态SCs在不同扫描速率下的CV曲线。h)不同电流密度下的GCD曲线。i)固态SCs的重量电容。
固态MFF纳米材料的稳定性、性能及实际应用。a) MFFs的循环稳定性。插图:最近50个周期的充放电曲线。b)电流密度为5 mV s-1时不同角度下的弯曲稳定性。c) PANI@Ti3C2Tx/GQDs的功率密度和能量密度及其比较。d)自供电设计走向实际应用的说明。e)基于mffs的SCs为LED和智能设备供电的照片
论文信息
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202302326
通讯作者：南工大陈苏教授，合肥工业大学沈益忠
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