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科學(xué)研究

輕工學(xué)院陸趙情教授團隊在《Energy Storage Materials》上發(fā)表高水平研究論文

2024-10-14 10:28 文、圖/輕工學(xué)院 謝璠 點擊:[]

多孔MXene薄膜因其多樣的孔隙結(jié)構(gòu)和豐富的表面化學(xué)性質(zhì),成為理想的柔性電子材料,在柔性儲能、電磁屏蔽等應(yīng)用方面潛力巨大。然而,其典型的問題,特別是作為柔性儲能材料時,在高電流密度下,電容性能急劇下降。主要原因在于層間結(jié)合致密,阻礙了離子的動態(tài)擴散,此外,離子擴散路徑的曲率過高,電荷傳輸過程緩慢。目前研究者致力于研發(fā)兼具大比表面積、低曲率以及優(yōu)良導(dǎo)電性和機械性能的多孔MXene薄膜,但仍然面臨諸多挑戰(zhàn)。

多孔MXene薄膜的設(shè)計思路及制備工藝圖

為了解決上述問題,陜西科技大學(xué)陸趙情教授團隊通過離子分子雙交聯(lián)體系設(shè)計和凍干干燥工藝,構(gòu)建了具有低曲率和高強度的三維結(jié)構(gòu)的柔性多孔MXene薄膜材料。該項工作從材料的的表面終端基團、層間距和定向結(jié)構(gòu)角度優(yōu)化了多孔材料的物理化學(xué)性質(zhì),并為制備輕質(zhì)高強的柔性儲能材料和電磁屏蔽材料提供了新思路。相關(guān)工作在《Energy Storage Materials》(IF:18.9)以“Double cross-linking system for constructing tortuosity-lowered and strength-enhanced porous MXene films with superior capacitive performance and electromagnetic shielding efficiency”為題發(fā)表。

離子交聯(lián)與無交聯(lián)下MXene薄膜的微觀形貌和化學(xué)表征

分子交聯(lián)與離子分子雙交聯(lián)多孔MXene膜的微觀形貌

不同比例的分子交聯(lián)與離子分子雙交聯(lián)多孔MXene膜力學(xué)性能及力學(xué)提升機理圖

多孔MOB與MB膜的電化學(xué)表征及離子傳輸通道示意圖

非對稱超級電容器電化學(xué)性能及應(yīng)用示意圖

多孔薄膜材料的電磁屏蔽性能

文章亮點如下:通過離子分子雙交聯(lián)體系和隨后的冷凍干燥工藝,構(gòu)筑了在橫向和垂直方向都具有三維網(wǎng)狀多孔的結(jié)構(gòu),這一獨特結(jié)構(gòu)極大縮短了離子的傳遞速率,纖維與納米片之間的高度互連性也提高了多孔膜的力學(xué)性能及電磁屏蔽性能;離子交聯(lián)通過庫侖吸引調(diào)整MXene片層的方向,同時優(yōu)化的終端和離子插層擴大了層間距;分子交聯(lián)通過氫鍵相互作用調(diào)整多孔結(jié)構(gòu)的骨架;具有互連性的多孔MXene-OH/BC膜同時表現(xiàn)出優(yōu)異電化學(xué)性能和電磁屏蔽性能,提供了527 F/g的電容,41.5 MPa的機械強度,分別為MXene薄膜的140%和367%,并表現(xiàn)出67.2 dB的電磁屏蔽效能。

原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103686

(核稿:劉國棟 編輯:劉倩)

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