北化工《JAC》：Ti3C2TX@PPy石墨烯复合水凝胶，用于超级电容器

成果简介

为了减少自堆积对 Ti3C2TX 电化学性能的损害，本文，北京化工大学Shutong Meng等研究入人员在《Journal of Alloys and Compounds》期刊发表名为“Ti3C2TX@PPy-reduced graphene oxide heterostructure hydrogel for supercapacitor with excellent rate capability”的论文，研究报告了一种改善 Ti3C2TX 电容和循环性能的方法，即在 Ti3C2TX 夹层中插入聚吡咯（PPy），并通过低温水热自组装方法合成三维 Ti3C2TX@PPy-rGO 水凝胶。三维交联结构有效防止了 Ti3C2TX@PPy 异质结构的团聚。新结构在 1 A g-1 条件下实现了 352.57 F g-1 的高比电容和出色的速率能力，而 PPy 的稳定性则为异质结构水凝胶电极带来了持久的循环特性（在 10 A g-1 条件下循环 10000 次后仍能保持 88%）。它为制备下一代储能设备的高性能电极提供了一种有利的方法。

图文导读

图1、层状 Ti3C2TX@PPy异质结构制备流程图

图2. SEM images of (a) Ti3C2TX, (b) Ti3C2TX@PPy, and (c) Ti3C2TX@PPy-rGO hydrogel. TEM images of (d) Ti3C2TX and (e) Ti3C2TX@PPy. (f) Representative HRTEM image of Ti3C2TX@PPy, with the corresponding SAED patterns in the inset. Related elemental maps of (g) C, (h) N, (i) O, and (j) Ti, with the corresponding EDX in the inset.

图3. (a) XRD patterns. (b) XPS spectra of Ti3C2TX@PPy. High-resolution spectra of the heterostructure: (c) C 1 s, (d) N 1 s, (e) O 1 s, and (f) Ti 2p electrons.

图4. (a) FTIR spectrum of Ti3C2TX@PPy-rGO hydrogel. (b) Raman spectra of Ti3C2TX-rGO hydrogel and Ti3C2TX@PPy-rGO hydrogel. Analyzing the N2 adsorption-desorption of (c) Ti3C2TX@PPy powder and (d) Ti3C2TX@PPy-rGO hydrogel.

图5. (a) CV curves of these electrodes at 10 mV s−1. (b) CV curves of the Ti3C2TX@PPy-rGO electrode at 5-50 mV s−1. (c) GCD curves of these electrodes at 1 A g−1. (d) GCD curves of the Ti3C2TX@PPy-rGO electrode. (e) Specific capacitance of these electrodes current densities of 1-10 A g−1, (f) Nyquist plots of rGO, Ti3C2TX-rGO, and Ti3C2TX@PPy-rGO with the frequency varied from 0.01 to 105 Hz. Inset is the zoom-in of the high-frequency portion. (g) Bode phase angle plots. (h) Bode modulus plots. (i) Cycling stability of rGO, Ti3C2TX-rGO, and Ti3C2TX@PPy-rGO electrodes at 10 A g−1 over 10,000 cycles.

小结

综上所述，研究采用一种简单的技术制造出了三维多孔交联 Ti3C2TX@PPy-rGO 异质结构水凝胶。Ti3C2TX@PPy 异质结构是通过将纳米聚合物 PPy 化学吸附并聚合到高导电性二维 Ti3C2TX 基底表面而形成的。然后，在低温下利用 GO 辅助自组装，将 rGO 与复合材料整合成三维多孔框架。这种三维交联结构有效地防止了 Ti3C2TX@PPy 的团聚，使其具有 352.57 F g-1 的高比电容、出色的速率能力和持久的循环特性（在 10 A g-1 下循环 10000 次后仍能保持 88%）。它为未来的储能技术提供了一种制造高质量电极的有效方法。

文献：https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.177314