AFM：适用于高性能超级电容器的大层间距柔性Nb4C3Tx薄膜

1.超级电容器在柔性材料的应用

便携式可穿戴电子设备的发展使得人们对清洁能源提出了更高要求。满足要求充电的方式有很多，如二次电池（锂、钠、钾等）、燃料电池、各种离子电容器等。但与其他报道的储能装置相比，超级电容器可以进行快速充放电来完成能量供应，超级电容器主要依靠两种不同的储能方式：电极/电解液表面的静电吸附和快速表面氧化还原反应产生的赝电容。目前，寻找适合超级电容器的高体积性能柔性材料已成为一个重要的研究目标。

2.MXenes在超级电容器中的优异性能

近日，Yury Gogotsi, Yu Gao, and Yohan Dall’Agnese等人在国际知名期刊Advanced Functional Materials (2018 影响因子：15.62)上发表题为“Flexible Nb₄C₃T_x Film with Large Interlayer Spacing for High-Performance Supercapacitors”的研究性论文。本文第一作者是Shuangshuang Zhao。

在本研究中首次将Nb₄C₃T_x分层，并研究了其柔性自支撑膜在酸性、碱性和中性电解质中的电化学行为和电容。采用原位X射线衍射（XRD）研究了不同电解质中的反应机理。研究了Nb₄C₃T_x水悬浮液和柔性膜的化学稳定性和结构稳定性，这将为Nb₄C₃T_x的储能和进一步应用奠定了基础。

图2. Nb₄C₃T_x结构与形貌表征

a) XRD pattern of Nb₄C₃T_x film. Inset shows a digital photo.

b) SEM image of a Nb₄C₃T_x film in cross-section (inset shows SEM image of a single fkake) and c) TEM image of a Nb₄C₃T_x flake. Inset in (c) shows a selected area electron diffraction pattern

图3. Nb₄C₃T_x结构与形貌表征

a) XRD patterns of Nb₄C₃T_x films treated at different temperatures in nitrogen.

b) Thermogravimetric curve.

c,d) SEM images after treatment in nitrogen c) at 400 °C and d) at 800 °C

图4. Nb₄C₃T_x结构与温度关系

a) In situ XRD patterns of a Nb₄C₃T_x film at different temperatures in vacuum.

b) Temperature dependence of c-lattice parameter calculated from (002) peak position

图5. Nb₄C₃T_x材料电化学性能

Electrochemical performance of Nb₄C₃T_x film. CVs at different scan rates in

a) 1 m H₂SO₄,

b) 1 m KOH, and

c) 1 m MgSO₄.

d) Specific capacitance measured from corresponding CVs.

e) Cycle lives measured from galvanostatic charge–discharge at 2 A g⁻¹ and

f) profiles in 1 m H₂SO₄.