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南京工业大学孙庚志教授课题组 Small:干法纺制用于高效电荷存储的N掺杂MXene纤维
2023-08-04  来源:高分子科技

  MXene因其极高的理论电容、优异的金属导电性和快速的表面氧化还原反应,而广泛应用于储能领域。然而,由于Ti3C2TX纳米片间弱相互作用以及水分子插层导致MXene纤维的连续湿法制备面临挑战。虽然聚合物可以作为粘结剂增强Ti3C2TX纳米片间的界面作用,但在MXene纤维(MF)中引入第二组分(通常是电化学惰性成分)会导致纤维性能下降。此外,通常需要对化学刻蚀的MAX进行多步分离以获得大尺寸单层MXene纳米片来实现湿法纺丝,不可避免地造成MAX前体的浪费。


  南京工业大学孙庚志教授课题组提出了一种干法纺丝策略,通过调控Ti3C2TX沉积物的流变行为,在不使用凝固浴的情况下直接制备MF。该方法省去了分离大尺寸单层MXene纳米片的复杂过程,从而提高了材料的利用率。文章还探究了浆料浓度、喷丝头直径和溶剂挥发过程纤维的收缩行为对MF力学和电化学性能的影响规律,并对MF氮掺杂处理进一步提高其电化学性能。处理前后的MF1 A cm-3的电流密度下,体积容量分别为948 F cm-31302 F cm-3。制备的FSC,在0.1 A cm-3的电流密度下,体积容量为293 F cm-3,在10,000次循环后保持良好稳定性。



1展示了干法纺制MF的流程。 



2对制备的MXene材料做了相应的表征,并探究了浆料浓度和喷丝头直径对干法纺丝的影响规律。 



3探究了收缩率对MF纤维直径、强度、电导率以及电化学性能的影响。 



4对氮掺杂的MF做了相应的XPS测试,探究了不同温度对MF氮掺杂的影响以及氮掺杂MXene的形成机理。 



5测试了氮掺杂前后MF的电化学性能,结果表明MF-3具有优异的倍率性能和高的体积容量。 



6表征了基于MF-3的全固态对称纤维状超级电容器的电化学性能并展示其潜在应用。 


  该工作以Rheology Engineering for Dry-Spinning Robust N-Doped MXene Sediment Fibers toward Efficient Charge Storage”为题发表在《Small》上(doi10.1002/smll.202304687)。文章第一作者是南京工业大学硕士生夏忠明,该研究得到国家自然科学基金的支持。


  原文链接:https://doi.org/10.1002/smll.202304687


  通讯作者简介

  孙庚志,南京工业大学先进材料研究院教授、博士生导师、江苏特聘教授。近年来在Angewandte Chemie-International Edition、Advanced Materials、Materials Today、Advanced Functional Materials、ACS Nano、Nano Letters等国际期刊发表SCI论文170余篇,6篇入选ESI高被引论文,1篇入选热点文章。先后主持国家自然科学基金2项、江苏省自然科学基金1项、江苏省六大人才高峰B类项目。


  课题组网页:http://iam.njtech.edu.cn/info/1031/3476.htm


  欢迎具有材料、化学、物理、电子背景的研究生、博士后加盟课题组!请将简历、求职信和研究报告,发送至iamgzsun@njtech.edu.cn


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(责任编辑:xu)
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