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揚州大學龐歡團隊Angew--高性能超級電容器用三維MXene/金屬有機骨架復合材料的原位生長

在本研究中，我們提出了一種通用的方法來合成均勻的三維(3D)金屬碳化物，氮化物和碳氮化物(MXenes)/金屬有機框架(MOFs)復合材料(Ti₃C₂TX/Cu-BTC, Ti=C₂TX/Fe, Co-PBA, Ti₃C₂TX/ZIF-8，Ti₃C₂TX/ZIF-67)結合了MOFs和MXenes的優點，提高了穩定性和導電性。隨后，在Ti₃C₂TX/ZIF-67的基礎上，合成了具有優異電子和離子輸運性能的3D中空Ti₃C₂TX/ZIF-67/CoV2O6復合材料。Ti₃C₂TX/ZIF-67/CoV₂O=電極的比電容為285.5 F g^-1，遠高于ZIF-67和Ti₃C₂TX/ZIF-67電極。本研究為MXene/MOF復合材料的設計和合成開辟了一條新的途徑。

圖1. 合成Ti₃C₂TX/Cu-BTC、Ti₃C₂TX/Fe、Co-PBA、Ti₃C₂TX/ZIF-8、Ti₃C₂TX/ZIF-67和Ti₃C₂TX/ZIF-67/CoV₂O₆的原理圖。

圖2. 圖1所示。(a, f, k, p, u, B) TEM、(b, g, l, q, v, C)HRTEM, (c),SAED (d, h, m, r, w, D) XRD、(e、j、o、t, A) SEM,(i,n, s, x, E) HAADF-STEM圖片和元素的映射(d) Ti₃C₂TX (e i) Ti₃C₂TX / Cu-BTC (j-n) Ti₃C₂TX/Fe, Co-PBA, (o-s) Ti₃C₂TX / ZIF-8, (x-t)Ti₃C₂TX / ZiF-67,和(A-E) Ti₃C₂TX / ZiF-67 / CoV₂O₆。

圖3. Ti₃C₂TX, Ti₃C₂TX/ZIF-67和Ti₃C₂TX/ZIF-67/CoV₂O₆空心電極的電解質/電子傳輸路徑示意圖。

圖4. (a) ZIF-67、Ti₃C₂TX/ZIF-67和Ti₃C₂TX/ZIF-67/CoV₂O₆在0.1 V s^-1下的CV曲線。(b) ZIF-67、Ti₃C₂TX/ZIF-67和Ti₃C₂TX/ZIF-67 /CoV₂O₆在1 A g^-¹時的GCD曲線。(c) ZIF-67、Ti₃C₂TX/ZIF-67和Ti₃C₂TX/ZIF-67/CoV₂O₆在電流密度為1 ~ 5 A g^-¹時的比電容。(d)在3 A g^-¹電流密度下，Ti₃C₂TX/ZIF-67/CoV₂O₆在4000次GCD循環下的長期循環穩定性。(e)對數峰值電流與對數掃描速率圖。(f) Ti₃C₂TX/ZIF-67/CoV₂O₆的電容貢獻。(g)在1 ~ 5 mA cm^-²電流密度下，Ti₃C₂TX/ZIF-67//AC和Ti₃C₂TX/ZIF-67/CoV₂O₆//AC的比電容。(h) Ti₃C₂TX/ZIF-67//AC和Ti₃C₂TX/ZIF-67/CoV₂O₆//AC的能量密度隨功率密度的變化曲線。

相關科研成果由揚州大學龐歡團隊于2021年發表在Angewandte Chemie International Edition (10.1002/anie.202116282)上。原文：In Situ Growth of Three-Dimensional MXene/Metal-Organic Framework Composites for High-Performance Supercapacitors。

轉自《石墨烯研究》公眾號



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