MXenes是一种类似于石墨烯的新型二维材料，具有独特的二维层状结构，具有表面积高、电导率高和化学性质稳定等优点，并且表面具有亲水性，有利于电解质溶液的润湿，因此成为一种理想的超级电容器电极材料。但MXenes片层之间的离子传输效率较低，且MXenes直接作为电极材料具有相对较低的比电容和倍率性能。因此开发高性能MXene基电极材料仍具有很大的挑战性。近日，青岛科技大学高性能聚合物及成型技术教育部工程研究中心李伟博士团队和化学院青年泰山学者林健健教授团队，利用聚苯胺的导电性和赝电容性质，通过在MXenes片层负载导电聚合物聚苯胺得到了一种新型的MXene/PANI复合材料，有效解决了MXenes基电极材料低电容和倍率性的问题，实现了MXenes基电极材料电化学性能的提升。团队相关工作在英国皇家化学会（RSC）著名期刊《Journal of Materials Chemistry A》(2020, 8, 5853–5858，IF=10.733，中科院1区TOP期刊，DOI: 10.1039/d0ta00572j)，以Synthesis of an MXene/polyaniline composite with excellent electrochemical properties为题发表。该成果以青岛科技大学为第一通讯单位，高分子学院18级硕士毕业生许慧忠第一作者。
团队成员采用原位聚合法制备了MXene/PANI复合材料，并将其作为超级电容器电极材料进行了一系列电化学测试。MXene具有大量的表面官能团，为导电聚苯胺提供了成核位点，在MXene片层表面形成了开放多孔的导电网络结构，有利于离子和电子的传输，二者之间具有一定的协同作用。此外，聚苯胺和MXenes材料具有优异的电化学活性和较高的理论赝电容，所得到的MXene/PANI复合材料具有优异的电化学性能。例如，在0.5 A g-1的电流密度下，MXene/PANI电极材料的比电容为556.2 F g-1，高于最近报道的一些MXenes基复合材料。并且MXene/PANI复合材料具有很好的倍率性能和循环稳定性，在5 A g-1的电流密度下，电容滞留率为78.7 %，进行5000次循环充放电后，比电容为首次比容量的91.6%。这项工作提供了一种简便有效的方法来获得高性能MXene基超级电容器电极材料，为开发高性能电极材料提供了一种简便有效的方法。
文章链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2020/ta/d0ta00572j
本课题研究得到了国家自然科学基金、山东省泰山学者人才工程、山东省重点研究开发项目及山东省生态化工合作创新开放课题等项目的资助。
