第一作者：ZhengWei
通讯作者：JohannaRosen;MichelW.Barsoum
通讯单位：瑞典林雪平大学;美国德雷塞尔大学
论文DOI：10./advs.
全文速览提升电化学电容器的储能和功率容量十分重要。本研究将MoO3纳米带和Ti3C2TxMXene混合真空抽滤制备无粘结剂、柔性自支撑薄膜电极。导电的Ti3C2Tx桥连MoO3纳米带以促进电子传输，MoO3纳米带则可避免Ti3C2Tx纳米片的团聚。所得的MoO3/Ti3C2Tx膜（质量比8：2）具有高质量和体积容量和优良的循环性能。将其作为阴极，将掺氮活性炭作为阳极组装成杂化电容器。该设备可达到31.2Whkg?1的重量能量密度和39.2WhL?1的体积能量密度。次充放电循环后仍可保持94.2%的容量。该研究促进了MXene基材料在储能方向的应用。
背景介绍电化学电容器由于高功率密度、长循环寿命在储能领域具有较大潜力。但设计兼具高重量容量和体积容量的电极仍具有挑战。MoO3是电化学活性高、稳定性强的赝电容材料，其理论容量高，α‐MoO3有利于离子在层间的嵌入和脱出而不易造成结构塌陷。但是其电子导电性弱、较慢的反应动力学和有限的暴露的活性位点限制了其实际容量。常规与石墨烯等低密度导电材料复合会降低其体积容量。
MXene导电性强密度较大，且在刻蚀过程中暴露出较多的活性位点，有利于离子存储，以提高电化学性能。但纯MXene薄膜片层间易团聚，会影响电解质离子渗透到氧化还原活性位点，从而影响功率密度。
本研究将MoO3纳米带和Ti3C2TxMXene混合真空抽滤制备无粘结剂、柔性自支撑薄膜电极。导电的Ti3C2Tx桥连MoO3纳米带促进了充放电过程中的电子传输，MoO3纳米带则避免了Ti3C2Tx纳米片的团聚。复合膜展现出高质量和体积容量和优良的循环性能。将掺氮活性炭作为阳极与复合膜组装成杂化电容器后也展现出优异的性能。该研究促进了MXene基材料在储能方向的应用。
图文解析采用水热法制备MoO3纳米带，将其与Ti3C2Tx溶液混合抽滤，得到复合膜。调控其质量比，8：2的比例下得到的复合膜最优，因此以下研究都以该复合膜开展。
Ti3C2Tx薄膜的界面电阻为±30Scm?1，MoO3纳米带的长度为微米级，厚度为35nm。所得的复合膜柔性较强，表面较平滑，展现出Ti3C2Tx纳米片与MoO3纳米带互连的较松散的结构，该结构有利于离子的吸/脱附。Ti3C2Tx的加入将薄膜的导电率提高了六个数量级。
XRD证实了复合膜的层间距相较纯MXene膜产生轻微的偏移。XPS结果表明Mo6+部分被Ti4+还原。还原的具有氧空位的MoO3展现出更佳的电化学性能。
8：2比例制得电极所得的Cg和Cv值最高。掺入MoO3纳米片后，膜的CV有四对氧化还原峰。这是由于H+的嵌入和脱出和Mo的氧化和还原。在1Ag?1时，复合膜的性能为Cg?1(mAhg?1)或Ccm?3(mAhcm?3)。在Ag?1时，可保持63.8%的倍率性能。与MoO3薄膜相比，由于其优良的导电性和缩短的扩散/传输路径，该复合薄膜在相同的扫描速率下的电容贡献率有所提高，展现其具有良好的倍率性能。次充放电循环后仍可保持94.9%的容量。增强电极厚度后，仍可保持复合膜的柔韧性和电容器性能。
以复合膜为阴极，掺氮活性炭为阳极，H2SO4为电解液组装杂化电容器。通过CV测试去顶其电势窗口为0-1.5V。组装的电极在50Ag-1下可达到39.5Cg?1和49.7Ccm?3，远优于纯MoO3和Ti3C2Tx电极。复合膜电极在10Ag-1下个充放电循环后可保持94.2%的容量，且XRD和SEM形貌未发现明显变化，证实其良好的循环性能。
GCD曲线计算得到其最大的重量能量密度和功率密度分别为31.2Whkg?1(0.5Ag?1)和37.5kWkg?1(50Ag?1)，相应的体积能量密度和功率密度分别为39.2WhL?1and47.1kWL?1。由于现有报道的大部分电极材料。
总结与展望本研究采用真空抽滤制备出柔软的、高导电的、自支撑的MoO3/Ti3C2Tx薄膜并将其用于电化学电容器电极。MoO3/Ti3C2Tx(质量比8：2)所得的复合膜可在1Ag?1储存Cg?1（Ccm-3）。当负载质量达到商业级（10mgcm-2）时，可在1Ag-1储存Cg?1(Ccm?3)。将其与掺氮活性炭组装为电极时可达到31.2Whkg?1的质量能量密度。其优异的电化学性能主要由于（1）Ti3C2Tx导电性强，提高了充放电的速度。（2）MoO3纳米带组织了Ti3C2Tx的团聚，暴露出更多可储能的活性位点。（3）MoO3的部分还原暴露出更多的活性位点，导致了更快的储能动力学和更高的容量。（4）开放坚固的结构利于电解液渗透和润湿电极，增强了比容量和循环性能。（5）高容量的MoO3和高密度的Ti3C2Tx的协同效应保证了重量和体积性能。
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