Small Methods: MXene基共轭微孔聚合物三明治及其超级电容器

MXene是一类具有优异的导电性,亲水性表面和机械稳定性的二维过渡金属碳化物和/或碳氮化物,由于其独特的化学和物理特性在电池或者电容器等储能器件,传感器和催化剂等等众多领域中得到了广泛的应用。然而,由于强的层间范德华力以及与环境中水和氧气的相互作用,MXene纳米片易于堆积和氧化,结构和性能容易受到破坏。因此,如何来提高Mxenes材料的稳定性并使材料保持良好的结构和性能已成为一个亟待解决的难题。

M-CMPs的合成示意图

基于前期石墨烯、硫化钼等二维材料的功能化及其在能量转换与存储器件应用方面的工作基础(Adv. Mater. 2015, 27, 6714; Chem. Mater. 2015, 27, 7403; Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 6858; Mater. Chem. Front. 2017, 1, 278; ACS Sustainable Chem. Eng. 2019, 7,11540)。近期,南昌大学/江西师范大学陈义旺教授和袁凯教授团队通过共轭微孔聚合物将MXene进行共价键修饰,成功地制备了一系列具有三明治结构的MXene基共轭微孔聚合物(M-CMP)纳米片,并将其用作超级电容器电极材料。结果表明,该策略可以同时抑制MXene纳米片的堆叠和氧化。此外,所制备的M-CMPs,不仅具有分级多孔结构和高比表面积,还继承了MXene的二维结构和高电导率。用作超级电容器电极材料时,M-CMP表现出比MXene和不含MXene的CMP具有更高的电容。电容增加的原因可归因于M-CMPs独特的三明治结构,兼具MXene和CMPs的优势,具有高导电性和高比表面积,从而提高了有效反应面积并暴露了更多的活性位点,最终获得了更高的电容。

相关成果以“Covalently Sandwiching MXene by Conjugated Microporous Polymers with Excellent Stability for Supercapacitors”。为题发表在Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.202000434)上。