随着科学技术的不断进步，便携式电子设备和新概念汽车等需要快速充放电和进行大量能量存储已成为存储领域中新的发展和挑战。超级电容器是一种不同于电池和普通电容器的新型储能器件并且在补充或替代电池等方面发挥着不可替代的作用。MXene兼具类金属导电性与高密度表面官能团，能够赋予超级电容器较高的比电容和优异倍率性能。聚（3,4-乙撑二氧噻吩）（PEDOT）具有优异的本征电导率、化学稳定性，和较宽的工作电位窗口，能够显著提升超级电容器的电荷存储容量和倍率性能。另外，聚多巴胺（PDA）因其独特的分子结构，其具有丰富官能团（如邻苯二酚、胺基）增强赝电容和电极/电解液界面浸润性，并且其还具有高碳化率与氮掺杂，热解后可形成高导电性碳材料，提升比容量。因此，创新性的将高分子材料与MXene复合，将协同提升电容器的导电性和机械强度，满足智能储能需求。

  在此背景下，新疆大学吐尔逊·阿不都热依木教授团队在国家自然科学基金和新疆大学“碳基能源资源化学与利用国家重点实验室”的资助下，基于前期在超级电容器的开发与应用方面的系统积累（Advanced Functional Materials, 2025, 2505998. Chemical Engineering Journal, 2025, 513, 162944. Carbon, 2025, 235, 120028. Carbon, 2024, 218, 118736. Journal of Energy Storage, 2024, 94, 112530. Journal of Alloys and Compounds, 2024, 980, 173609. Electrochimica Acta, 2024, 507, 145155），围绕高分子材料助力MXene基超级电容器的开发与应用方面开展深入研究，旨在推动其在储能领域的广泛应用。主要研究内容和结论如下：

1. 李佳蓓，吐尔逊·阿不都热依木^*，如仙古丽·加玛力^*：先进超级电容器设计：CoNi-OH/3D MXene电极与磺化木质素基水凝胶电解质

  2025年5月27日，吐尔逊·阿不都热依木教授课题组在《Journal of Colloid and Interface Science》（中科院一区Top）在线发表题为“High-performance supercapacitor based on 3D Ti₃C₂T_x electrodes and sulfonated lignin gel electrolyte”的研究论文。本文第一作者为2023级硕士李佳蓓，通讯作者为吐尔逊·阿不都热依木，通讯单位为新疆大学。

图1. 材料制备流程图

  超级电容器是高效的储能系统。构成其主要成分的电极物质和电解质是研究的关键领域。本研究从二维MXene易自聚，导致比表面积降低以及导电聚合物水凝胶在制备过程中存在分散性差等问题入手，采用聚苯乙烯纳米球为模板将Ti₃C₂T_x从二维片状结构转化为三维球状结构，再引入双金属钴镍氢氧化物（CoNi-OH）有效提升其性能（图1）。此外，通过在凝胶中掺入磺化木质素（SL），显著改善了PEDOT在水基溶剂中的分散性，促进了均匀水凝胶的形成。结果表明，所制备的CoNi-OH/3D Ti₃C₂T_x复合材料在1 A g^-1的电流密度下比电容高达2020 F g^-1，组装的非对称超级电容器比电容达到278.3 F g^-1。经过7000次循环测试后，该器件库仑效率为99.4%，并在3 A g^-1的电流密度下仍保持83.7%的初始电容（图2）。这些结果表明，该电极材料与凝胶电解质在储能领域具有重要的发展潜力。

图2.（A）CoNi-OH/3D Ti₃C₂T_x和AC电极的循环伏安曲线；（B）设备在扫描速率为5至100 mV s^-1范围内的循环伏安曲线；（C）设备在电流密度范围为1至10 A g^-1时的GCD曲线；（D）设备的循环性能和库仑效率；（E）我们的设备与其他相关设备的Ragone图比较；（F）设备弯曲时的CV曲线；（G）设备弯曲时在3 A g^-1下的GCD曲线；（H）准固态设备的示意图；（I）准固态CoNi-OH/3D Ti₃C₂T_x//PSPK//AC结构的示意图

  文章链接：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2025.137948

2. 宋凯，吐尔逊·阿不都热依木^*，如仙古丽·加玛力：三维网络互通结构Ti3C2Tx助力超级电容器的发展

  2024年，吐尔逊·阿不都热依木教授课题组在《Chemical Engineering Journal》（中科院一区Top）在线发表题为“Unleashing the power of 3D Ti₃C₂T_x: A breakthrough in electrochemical energy storage”的研究论文。本文第一作者为2025级博士宋凯，通讯作者为吐尔逊·阿不都热依木，通讯单位为新疆大学。

图3. Ni-S/3D Ti₃C₂T_x@PDA 的合成流程示意图

  Ti₃C₂T_x纳米片堆叠的趋势使得固定活性材料变得具有挑战性，从而限制了存储设备的性能。将二维Ti₃C₂T_x 集成到三维（3D）结构中被认为是实现超高性能超级电容器的重要但具有挑战性的方法之一。在本工作中，该团队以通过使用Ni-S/3D Ti₃C₂T_x @PDA制备电极材料（图3）。3D Ti₃C₂T_x的构建是为了实现高比表面积并减少Ti₃C₂T_x的自堆积。选择PDA来修饰3D Ti₃C₂T_x。PDA中的-OH 可以与3D Ti₃C₂T_x的功能基团形成非共价相互作用，以防止Ti₃C₂T_x氧化，从而加速电子转移 ，并且PDA中的氮原子可以锚定Ni-S以避免其脱落，这导致了制备的复合材料的更好电化学性能。受益于独特的三维网络互连结构，Ni-S/3D Ti₃C₂T_x@PDA复合材料作为负极材料获得了281.8 mAh g^-1（图4）的比电容和优异的倍率性能。以 Ni-S/3D Ti₃C₂T_x @PDA为负极材料的非对称超级电容器在1600 W kg^-1功率密度下实现了35.5 W kg^-1的高能量密度，并具有优异的循环稳定性，在3 A g^-1下具有 98.83 %的循环保持率和 84.98 %的容量效率，循环 10,000 次。综上所述，该新型电极材料在超级电容器中具有巨大的发展潜力。

图4. （a-b）循环伏安和恒流充放电曲线图Ti₃C2Tx和3D Ti₃C₂T_x；（c）Ni-S/3D Ti₃C₂T_x@PDA的循环伏安曲线图；（d）Ni-S/3D Ti₃C₂T_x@PDA电极的 log (i)与 log (v)关系图；（e）Ni-S/3D Ti₃C₂T_x@PDA的恒流充放电曲线图；（f）Ni-S/3D Ti₃C₂T_x@PDA在1-10A/g下的比电容；（g）Ni-S/3D Ti₃C₂T_x@PDA在1–10 mV s?1 下的电容贡献；（h）Ni-S/3D Ti₃C₂T_x@PDA电极的奈奎斯特图；（i）Ni-S/3D Ti₃C₂T_x@PDA电极的Z′与ω^-1/2 关系图

  文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.153416

【作者介绍】

  吐尔逊·阿不都热依木：博士生导师，新疆大学化学学院二级教授，高分子化学与物理学科负责人。研究聚焦于高分子结构调控与高性能化，致力于将高分子材料应用于能源、环境与催化转化等关键领域，具体研究方向包括开发用于高效能源存储与转换器件的高分子复合材料、研发高性能通用高分子材料改性技术、设计用于环境污染物检测吸附与降解的功能高分子材料，以及开发用于绿色高效催化转化过程的新型高分子基催化剂或载体。至今以第一/通讯作者在Adv. Funct. Mater., Biosens. Bioelectron., Chem. Eng. J., J. Hazard. Mater, Carbon, Small, Compos. part B: Eng., Talanta, J. Power Sources, J. Colloid Interface Sci.等刊物上发表SCI论文近150余篇，论文被引用2800余次，H指数28。研究成果分别获新疆维吾尔自治区自然科学一等奖、新疆大学第九届科学研究优秀成果一等奖、新疆大学第一届自然科学二等奖，第十四届疆维吾尔自治区优秀论文三等奖等奖励。

  如仙古丽·加玛力：硕士生导师，新疆大学化学化工学院教授。主要从事高分子材料的高性能化与复合改性。至今以第一/通讯作者在Adv. Funct. Mater., Biosens. Bioelectron., Chem. Eng. J., Carbon, Small, Compos. Sci. Technol, J. Energy Storage, Constr. Build. Mater., Int. J. Biol. Macromol., Appl. Surf. Sci.等刊物上发表SCI论文115余篇，论文被引用1900余次，H指数24。

  李佳蓓：新疆大学化学学院2023级硕士研究生，师从吐尔逊·阿不都热依木教授。研究方向为MXene基超级电容器的构筑及其性能研究，至今以第一作者在J. Colloid. Interf. Sci.刊物上发表SCI论文1篇。

  宋凯：新疆大学化学学院2025级博士研究生。研究方向为MXene基超级电容器的研究与应用。至今以第一作者在Adv. Funct. Mater., Chem. Eng. J.刊物上发表SCI论文2篇。曾荣获2023-2024年度国家奖学金。