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近日，中國科學(xué)院電工研究所馬衍偉團隊在高性能MXene復合材料制備、MXene基鋰離子電容器研制方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》上。

MXene作為一種新型二維過(guò)渡金屬碳化物，具有與石墨烯類(lèi)似的結構特點(diǎn)，在儲能領(lǐng)域得到廣泛研究。然而，MXene本身比容量低，因此構建合理的納米結構、保留二維材料特征、引入高儲鋰容量成為MXene在高性能電極材料應用方面的挑戰。

前期，研究團隊利用剝離Ti3C2Tx MXene時(shí)使用的四丁基銨離子（TBA+）作為陽(yáng)離子中間體，有效削減Ti3C2Tx和氧化石墨烯（GO）之間的靜電斥力，使兩種二維材料形成面對面排列結構，制備出具有優(yōu)異比容量和倍率性能的Ti3C2Tx/rGO復合負極材料（Sci. Bull. 2021, 66, 914-924）。在此基礎上，科研團隊利用水熱法制備熱力學(xué)穩定的1T相MoS2，并在二維Ti3C2Tx上原位生長(cháng)，制備出1T-MoS2/d-Ti3C2Tx二維復合納米材料。在水熱過(guò)程中TBA+嵌入MoS2層間，擴大層間距離的同時(shí)為MoS2注入額外電荷誘導其從2H向1T相轉變。擴展的層間空間及1T相MoS2的金屬導電性為鋰離子在1T-MoS2/d-Ti3C2Tx的擴散降低了能量勢壘，有效彌補了正負極之間的動(dòng)力學(xué)差異。此后，研究人員采用1T-MoS2/d-Ti3C2Tx作為負極，多孔石墨烯作為正極，組裝成的高性能鋰離子電容器能量密度最高可達188 Wh/kg，功率密度最高可達13 kW/kg（以上數據基于電極材料質(zhì)量），5000次充放電循環(huán)后容量保持率為83%。研究表明，1T-MoS2/d-Ti3C2Tx作為高性能鋰離子電容器的負極材料具有較好的應用前景，為高性能鋰離子電容器的開(kāi)發(fā)提供了新思路。

研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院大連潔凈能源研究院合作基金、中科院青年促進(jìn)會(huì )等的支持。