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青島大學(xué)Jingquan Liu課題組--鈷氧化物納米粒子摻雜的3D MXene/石墨烯混合多孔氣凝膠的制備以及在全固態(tài)超級(jí)電容器中的應(yīng)用
       MXene是2D過(guò)渡金屬碳化物和氮化物的新家族,由于其良好的導(dǎo)電性、高的比表面積和出色的電化學(xué)性能,在電化學(xué)儲(chǔ)能、傳感技術(shù)和催化方面引起了極大的關(guān)注。在這項(xiàng)工作中,通過(guò)便捷的原位還原和熱退火工藝設(shè)計(jì)和制備了一系列摻雜Co3O4的3D MXene/RGO混合多孔氣凝膠,其中還原的氧化石墨烯(RGO)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)可以電連接分離的Co3O4-MXene復(fù)合納米片,導(dǎo)致增強(qiáng)的電子導(dǎo)電性。發(fā)現(xiàn)以質(zhì)量比為3:1的Co3O4-MXene/RGO(CMR31)制備的Co3O4-MXene/RGO混合多孔氣凝膠作為超級(jí)電容器的電極時(shí),在1 A/g電流密度下,達(dá)到345 F/g的超高比電容,大大高于Ti3C2Tx MXene、RGO和MXene/RGO電極。另外,可以實(shí)現(xiàn)高電容保持率(在3 A/g的高電流密度下,10000次循環(huán)后為初始電容的85%)和低內(nèi)部電阻Rs(0.44 W)。全固態(tài)非對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器(ASC)器件是使用CMR31組裝的,并且如果四個(gè)ASCs串聯(lián)連接,它能夠點(diǎn)亮藍(lán)色LED指示燈5分鐘。因此,這些新型的Co3O4-MXene/RGO混合多孔氣凝膠在高能量存儲(chǔ)設(shè)備中具有潛在的實(shí)際應(yīng)用。
 
Figure 1. Co3O4-MXene/RGO混合多孔氣凝膠的逐步制備示意圖。

 
Figure 2. a,b)MAX(Ti3AlC2)的SEM圖像;c,d)Ti3C2Tx MXene的SEM圖像;e,f)Co3O4-MXene的SEM圖像

 
Figure 3. a)穩(wěn)定的MAX粉、Ti3C2Tx MXene水分散體、Co3O4-MXene水分散體、GO水分散體和Co3O4-MXene/RGO混合多孔氣凝膠的數(shù)碼照片;b,c)CMR31的SEM圖像;d)CMR31的EDX圖像;e)CMR31中C、O、Ti和Co元素的元素映射圖像
 

Figure 4. a)以10 mV/s的掃描速率測(cè)量的Ti3C2Tx MXene、Co3O4-MXene、CMR11、CMR31和CMR51電極的CV曲線(xiàn);b)在1 A/g的電流密度下測(cè)量的GCD曲線(xiàn);c)在10到100 mV/s的不同掃描速率下CMR31電極的CV曲線(xiàn);d)CMR31電極在1至10 A/g的不同電流密度下的GCD曲線(xiàn);e)0.01 kHz至100 Hz頻率范圍內(nèi)的EIS奈奎斯特圖;插圖顯示了在高頻范圍內(nèi)的曲線(xiàn)圖;f)CMR31電極在10000次循環(huán)中的循環(huán)穩(wěn)定性;插圖顯示了在第一個(gè)和第10000個(gè)周期獲得的CV曲線(xiàn)

 
Figure 5. a)20mV/s的掃描速率,不同電勢(shì)窗的CV曲線(xiàn);b)ASC在0–1.6 V的電位窗口中以不同掃描速率的CV曲線(xiàn);c)GCD在不同電位窗口中的GCD曲線(xiàn);d)在電位窗口0–1.6 V中,不同電流密度下ASC的GCD曲線(xiàn);e)CMR31//AC ASC設(shè)備的示意圖;f)CMR31//AC ASC的Ragone圖;g)由串聯(lián)的四個(gè)全固態(tài)ASCs點(diǎn)亮LED指示器,在不同時(shí)間的亮度
 
        相關(guān)研究成果于2019年由青島大學(xué)Jingquan Liu課題組,發(fā)表在Chem. Eur. J.(https://doi.org/10.1002/chem.201806342)上。原文:Fabrication of Cobaltosic Oxide Nanoparticle-Doped 3D MXene/Graphene Hybrid Porous Aerogels for All-Solid-State Supercapacitors。
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