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李偉博士團隊和林健健教授團隊在超級電容器電極材料研究領域取得新進展
作者:林健健  來源:化學院 高性能聚合物研究中心  編輯:臧傳永   點擊:[] 日期:2020年06月01日

MXenes是一種類似於石墨烯的新型二維材料,具有獨特的二維層狀結構,具有表面積高、電導率高和化學性質穩定等優點,並且表面具有親水性,有利於電解質溶液的潤濕,因此成為一種理想的超級電容器電極材料。但MXenes片層之間的離子傳輸效率較低,且MXenes直接作為電極材料具有相對較低的比電容和倍率性能。因此開發高性能MXene基電極材料仍具有很大的挑戰性。近日,青島科技大學高性能聚合物及成型技術教育部工程研究中心李偉博士團隊和化學院青年泰山學者林健健教授團隊,利用聚苯胺的導電性和贗電容性質,通過在MXenes片層負載導電聚合物聚苯胺得到了一種新型的MXene/PANI複合材料,有效解決了MXenes基電極材料低電容和倍率性的問題,實現了MXenes基電極材料電化學性能的提升。團隊相關工作在英國皇家化學會(RSC)著名期刊《Journal of Materials Chemistry A》(2020, 8, 5853–5858,IF=10.733,中科院1區TOP期刊,DOI: 10.1039/d0ta00572j),以Synthesis of an MXene/polyaniline composite with excellent electrochemical properties為題發表。該成果以青島科技大學為第一通訊單位,高分子學院18級碩士畢業生許慧忠第一作者。

團隊成員採用原位聚合法制備了MXene/PANI複合材料,並將其作為超級電容器電極材料進行了一系列電化學測試。MXene具有大量的表面官能團,為導電聚苯胺提供了成核位點,在MXene片層表面形成了開放多孔的導電網絡結構,有利於離子和電子的傳輸,二者之間具有一定的協同作用。此外,聚苯胺和MXenes材料具有優異的電化學活性和較高的理論贗電容,所得到的MXene/PANI複合材料具有優異的電化學性能。例如,在0.5 A g-1的電流密度下,MXene/PANI電極材料的比電容為556.2 F g-1,高於最近報道的一些MXenes基複合材料。並且MXene/PANI複合材料具有很好的倍率性能和循環穩定性,在5 A g-1的電流密度下,電容滯留率為78.7 %,進行5000次循環充放電後,比電容為首次比容量的91.6%。這項工作提供了一種簡便有效的方法來獲得高性能MXene基超級電容器電極材料,為開發高性能電極材料提供了一種簡便有效的方法。

文章鏈接://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2020/ta/d0ta00572j

本課題研究得到了國家自然科學基金、山東省泰山學者人才工程、山東省重點研究開發項目及山東省生態化工合作創新開放課題等項目的資助。

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