王 晨 劉啟航 戚晨陽 王琮鈺 趙曉莉＊, 楊曉偉

(1同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201804)(2上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，上海 200240)

隨著便攜式電子設(shè)備及電動汽車的發(fā)展，人們對于快速和大容量的電化學(xué)儲能設(shè)備的要求日益提高[1-3]。電池和超級電容器作為2種主要的電化學(xué)儲能技術(shù)，表現(xiàn)出不同的儲能機(jī)制和性能。電池具有高的能量密度，但其通過緩慢的、擴(kuò)散受限的法拉第反應(yīng)來儲存能量，存在功率密度低、循環(huán)壽命短等問題[4]。與之相比，超級電容器具有快速充放電能力、優(yōu)異的功率密度和循環(huán)穩(wěn)定性，但其能量密度無法滿足日益增長的能量需求。因此，探索具有高能量密度、高功率密度和長期循環(huán)性的新型電極材料已成為研究者的關(guān)注熱點(diǎn)。超級電容器通常分為雙電層電容器[5-6]和贗電容電容器[7]。雙電層電容器通過離子在電極表面的吸附來儲存能量，而贗電容電容器結(jié)合了雙電層電容器和電池的優(yōu)點(diǎn)，通過可逆的表面氧化還原或贗電容插層來實(shí)現(xiàn)能量儲存[8-9]，具有更快的儲能速率和較高的能量密度。贗電容材料通常是導(dǎo)電聚合物和金屬氧化物，如MnO2[10]和Nb2O5[11]，它們大多具有有限的電子導(dǎo)電性，從而限制了功率密度，RuO2[12]和 VN[13]又因價格昂貴而令人望而卻步。近年來，2D層狀材料作為超級電容器電極材料成為了新的關(guān)注點(diǎn)，2D材料具有大的比表面積[14]、高的導(dǎo)電性[15-16]、柔韌性和機(jī)械性能[17]，展現(xiàn)出了非凡的電化學(xué)性能。

MXenes是一種新興的2D過渡金屬碳化物或氮化物[18]，可從其前驅(qū)體MAX相材料中選擇性刻蝕掉A層(第13、14族金屬元素)得到，其通式為Mn+1XnTx，其中M為過渡金屬，X為碳和/或氮，T為表面官能團(tuán)，如—O、—OH、—F[19-20]。Ti3C2Tx是MXenes中最早研究也是研究最多的一種，具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、大的比表面積、高的電子電導(dǎo)率和優(yōu)異的電化學(xué)性能[21]，其在酸性電解質(zhì)中可發(fā)生贗電容反應(yīng)來儲存能量[8-9,22]，使得Ti3C2Tx相比于碳基電容器有更高的比容量。由Ti3C2Tx漿料輥壓成的薄膜能夠提供900 F·cm-3的體積比電容[23]，而石墨烯電極的電容僅為 200～350 F·cm-3[24]。然而，Ti3C2Tx納米片間的范德華力引起的重堆疊限制了離子到吸附位點(diǎn)的可及性[25]，并且，層狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致離子傳輸路徑加長[26]，損害了Ti3C2Tx的倍率性能和循環(huán)性能。通過表面化學(xué)改性[27]、間隔物插層[28]、氧化打孔[29]等方式構(gòu)建更開放的層狀結(jié)構(gòu)，可在一定程度上提高Ti3C2Tx電極材料的電化學(xué)性能。Li等[30]利用KOH置換并高溫退火的方式去除—F和—OH，將質(zhì)量比電容從244 F·g-1提升至517 F·g-1；Tang等[31]用濃H2SO4對Ti3C2Tx打孔，得到具有多孔結(jié)構(gòu)的Ti3C2Tx薄膜，使其兼具高的體積比電容和倍率性能(10 000 mV·s-1時的比電容為208 F·cm-3)。然而，高溫處理或氧化打孔的方式容易造成Ti3C2Tx發(fā)生不可逆的氧化，反而損害其電化學(xué)性能[32]。

當(dāng)2D材料Ti3C2Tx轉(zhuǎn)變?yōu)榱孔狱c(diǎn)時，在繼承原來固有優(yōu)點(diǎn)的同時，會具有更高的比表面積和強(qiáng)大的量子限域效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)[33-34]。我們采用水熱法裁剪Ti3C2Tx，制備了量子點(diǎn)/納米片復(fù)合的0D/2D Ti3C2Tx膜(QDT)，有效減輕了Ti3C2Tx重堆疊導(dǎo)致離子傳輸緩慢的問題。用多種手段表征了材料的結(jié)構(gòu)和形貌，并通過循環(huán)伏安法、恒電流充放電法等測試了樣品的電化學(xué)性能。QDT在酸性電解質(zhì)中表現(xiàn)出高的比電容和倍率性能，5 mV·s-1時的質(zhì)量比電容為338 F·g-1，2 000 mV·s-1時的電容保持率達(dá)到46%。組裝的對稱電容器在功率密度為107 W·kg-1時所能達(dá)到的最大能量密度為12 Wh·kg-1，并且在循環(huán)10 000次后具有87%的電容保持率。該工作為制備具有優(yōu)異電化學(xué)性能的Ti3C2Tx膜電極材料提供了一種有效的方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 Ti3C2Tx分散液的制備

采用MILD(minimal intensive layer delamination)法[35]從Ti3AlC2(400目，98%，吉林一一科技)中選擇性刻蝕掉Al層后得到Ti3C2Tx。具體來說，將1 g LiF(AR，Sigma-Aldrich)和 20 mL 9 mol·L-1HCl(AR，國藥)加入100 mL的聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，磁力攪拌5 min使其充分溶解。之后，將1 g Ti3AlC2緩慢加入上述混合溶液中，置于40℃恒溫油浴鍋中，并在攪拌下反應(yīng)24 h。24 h后，將反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水在5 000 r·min-1轉(zhuǎn)速下離心洗滌10 min，倒去上清液，將黏土狀沉淀重新加水分散，重復(fù)5～6次，直至上清液顏色呈現(xiàn)墨綠色，pH達(dá)到6左右。將最后一次洗滌的沉淀重新分散到100 mL去離子水中，用細(xì)胞破碎儀以260 W的功率在冰水浴中破碎1 h，得到的分散液再次以3 500 r·min-1的轉(zhuǎn)速離心1 h后，收集上層懸浮液，得到分散性良好的Ti3C2Tx膠體分散液，質(zhì)量濃度約為2 mg·mL-1。

1.2 QDT及其自支撐膜的制備

QDT的制備流程如圖1所示。取適量海藻酸鈉(SA)粉末(AR，阿拉丁)與濃度為 2 mg·mL-1的 Ti3C2Tx分散液混合，其中SA和Ti3C2Tx的質(zhì)量比為1∶1，充分?jǐn)嚢? h使SA完全溶解。將混合液置于100 mL聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，并在100℃下水熱反應(yīng)一定時間(0、2、4 h)，反應(yīng)結(jié)束后，用離心機(jī)以 5 000 r·min-1轉(zhuǎn)速離心10 min，收集下層沉淀，重新加水分散，得到Ti3C2Tx納米片、量子點(diǎn)和SA的混合分散液。根據(jù)水熱時間的不同，將產(chǎn)物分別標(biāo)記為QDT-0、QDT-2和QDT-4，未用SA處理的標(biāo)記為Ti3C2Tx。

圖1 QDT及其自支撐膜電極的制備流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of the preparation of QDT and its freestanding film electrode

采用真空抽濾的方法，用混合纖維素濾膜真空抽濾一定量分散液，得到負(fù)載量約為1 mg·cm-2的薄膜，于真空烘箱中在室溫條件下充分干燥12 h后，將薄膜從基底濾膜上揭下，得到具有一定機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性的自支撐膜。

1.3 材料表征

用X射線衍射儀(XRD，浩元儀器DX-2700H)表征Ti3C2Tx的層狀結(jié)構(gòu)，CuKα為輻射源(波長為0.154 178 nm)，工作電壓40 kV，工作電流30 mA，掃描區(qū)間5°～25°，步進(jìn)角度0.03°。用納米粒徑電位分析儀(Zetasizer Nano-ZS90，Malvern Panalytical)表征Ti3C2Tx的動態(tài)粒徑分布和ζ電位。用熒光分光光度計(Hitachi F-4700)表征Ti3C2Tx的熒光性質(zhì)，激發(fā)波長320～430 nm。用AlKα射線源的X射線光電子能譜(XPS，Thermo Scientific ESCALAB 250Xi)分析元素組成和價態(tài)，并用XPSPEAK分析數(shù)據(jù)。

1.4 電化學(xué)性能測試

首先，為得到測試用的Ti3C2Tx膜電極，將干燥的薄膜沖壓成直徑為8 mm的小圓片。電化學(xué)測試在Biologic VMP-3電化學(xué)工作站上進(jìn)行。在三電極系統(tǒng)中，工作電極為Ti3C2Tx膜或QDT膜，對電極為石墨，參比電極為Ag/AgCl電極，電解液為1 mol·L-1H2SO4。循環(huán)伏安法(CV)的電壓區(qū)間為-0.7～0.3 V，掃速為 5～2 000 mV·s-1。在恒電流充放電(GCD)測試中，電流密度為0.5 ～10 A·g-1，電壓區(qū)間為-0.7～0.3 V。在電化學(xué)阻抗譜(EIS)中，頻率范圍為100 kHz～10 mHz，振幅為5 mV。三電極體系的比電容由公式1計算得到：

其中，C是質(zhì)量比電容(F·g-1)，i是電流(A)，U是電位(V)，ΔU是電壓窗口(V)，v是掃速(mV·s-1)，m是電極活性物質(zhì)的質(zhì)量(g)。

在兩電極體系中，以1 mol·L-1H2SO4水溶液為電解液，采用2個相同的Ti3C2Tx或QDT膜電極，并用纖維素濾紙為隔膜，構(gòu)成對稱電容器。CV在0～1 V區(qū)間內(nèi)，5～100 mV·s-1掃速下測試。GCD測量的電流密度為0.5～10 A·g-1，電壓區(qū)間在 0～1 V。在100 mV·s-1的掃速下進(jìn)行10 000次CV循環(huán)測量。

兩電極體系的比電容計算公式同式1，其中m為2個電極活性物質(zhì)的總質(zhì)量。

兩電極體系的能量密度和功率密度的計算公式如下：

其中，E是能量密度(Wh·kg-1)，P是功率密度(W·kg-1)。

2 結(jié)果與討論

2.1 QDT的制備與表征

Ti3C2Tx分散液的制備流程如圖1所示。如圖2a所示，Ti3C2Tx分散液在紅外線照射下顯示出明顯的丁鐸爾現(xiàn)象，證明其為分散性良好的膠體。圖2b的XRD圖中，Ti3AlC2于約 39°的(104)晶面峰消失，約9.5°的(002)晶面峰在刻蝕后由于Li+和水的插入減小至7.0°，說明了Ti3C2Tx的成功刻蝕。

圖2 (a)Ti3C2Tx分散液的丁鐸爾現(xiàn)象;(b)Ti3AlC2和Ti3C2Tx的XRD圖Fig.2 (a)Tyndall phenomenon of Ti3C2Txdispersion;(b)XRD patterns of Ti3AlC2and Ti3C2Tx

以SA為引發(fā)劑，水熱處理Ti3C2Tx得到QDT(圖1)。采用XPS分析水熱前后的化學(xué)結(jié)構(gòu)變化。圖S1(Supporting information)為 Ti3C2Tx和 QDT-2 的 C1s、O1s和Ti2p譜圖及其分峰結(jié)果。QDT-2的C1s譜圖中檢測到C=O特征峰(287.0 eV)。相比Ti3C2Tx，QDT-2的TiO2峰(529.9 eV)在O1s譜圖中的占比升高，表明水熱過程中發(fā)生了一定程度的氧化；同時，Ti2p譜圖沒有發(fā)生明顯變化，表明水熱處理后仍然維持Ti3C2Tx的本征結(jié)構(gòu)[36]，值得注意的是，部分氧化沒有造成電化學(xué)性能的損失，這將在后文中展現(xiàn)。QDT-2的O1s譜圖中還出現(xiàn)了—COOH峰(533.3 eV)，表明SA與Ti3C2Tx因存在較強(qiáng)的相互作用而吸附于其上。

通過動態(tài)光散射(DLS)分析Ti3C2Tx和QDT的尺寸分布(圖3a、3b)。Ti3C2Tx的平均尺寸為 221.8 nm，QDT-0的尺寸增加至378.5 nm，推測SA分子鏈的羧基和羥基與Ti3C2Tx納米片上的氧官能團(tuán)形成氫鍵，使納米片發(fā)生聚集，從而增加表觀粒徑[37]。水熱后，QDT-2的尺寸分布在11.7和122.4 nm處，平均尺寸為93.0 nm，這說明在水熱條件下，SA能夠裁剪Ti3C2Tx納米片，使大片的Ti3C2Tx尺寸減小，并形成小尺寸的量子點(diǎn)。

圖3 Ti3C2Tx和QDT的(a)DLS粒徑分布和(b)平均粒徑;(c)Ti3C2Tx和(d)QDT-2的熒光光譜Fig.3 (a)DLS size distributions and(b)average sizes of Ti3C2Txand QDT;Fluorescence spectra of(c)Ti3C2Txand(d)QDT-2

推測裁剪機(jī)理如下(圖S2)：SA是一種天然多糖，由β-D-甘露糖醛酸和α-L-古洛糖醛酸2種單元連接而成，含有大量的羧基和羥基[38]，這些基團(tuán)可以作為Ti3C2Tx納米片斷裂的引發(fā)劑；SA鏈上的羧基與Ti3C2Tx邊緣Ti原子的配位鍵削弱Ti—C鍵的強(qiáng)度，SA和Ti3C2Tx的官能團(tuán)間的氫鍵減弱相鄰納米片間的范德華力，最終導(dǎo)致外層的剝離以及Ti—C鍵的斷裂；Ti3C2Tx上的缺陷也會成為SA的攻擊位點(diǎn)[39]，經(jīng)多次剪切，Ti3C2Tx最終斷裂成小尺寸的量子點(diǎn)；豐富的表面官能團(tuán)使納米片和量子點(diǎn)之間存在強(qiáng)的相互作用，形成量子點(diǎn)/納米片的0D/2D復(fù)合結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的完整性有利于電荷傳遞，吸附的Ti3C2Tx量子點(diǎn)可以提供更多的離子吸附位點(diǎn)。此外，大片尺寸減小至122.4 nm，可以縮短離子傳輸路徑，促進(jìn)離子傳輸[25,40]。進(jìn)一步延長水熱時間至4 h，所得QDT-4的平均尺寸為114.5 nm，小片的尺寸在20 nm左右，大于QDT-2的尺寸，這可能是由于裁剪過度形成的具有較高表面能的更小尺寸量子點(diǎn)更容易重新聚集[41]。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證QDT-2的量子點(diǎn)特性，研究了樣品的光學(xué)性質(zhì)。如圖3c、3d和圖S3所示，在320～430 nm范圍內(nèi)的不同激發(fā)波長下測試了Ti3C2Tx和QDT的熒光發(fā)射光譜，4個樣品都存在一個發(fā)射峰，發(fā)射波長從361 nm位移至505 nm，不隨樣品改變而改變，這可能是Ti3C2Tx在制備過程中部分氧化產(chǎn)生的缺陷導(dǎo)致的[42]；此外，當(dāng)激發(fā)波長為320 nm時，僅QDT-2存在發(fā)射波長為426 nm的發(fā)射峰，且在340 nm的激發(fā)波長處顯示出最高的發(fā)射強(qiáng)度，這與碳點(diǎn)和石墨烯點(diǎn)類似，展現(xiàn)了量子點(diǎn)典型的熒光發(fā)射特性，來源于量子尺寸效應(yīng)[43]。值得注意的是，QDT-4沒有出現(xiàn)量子點(diǎn)的典型光譜，與其DLS結(jié)果相呼應(yīng)，同樣可歸因于量子點(diǎn)的重新聚集。

用XRD表征Ti3C2Tx膜及QDT膜的層狀結(jié)構(gòu)。如圖4a所示，Ti3C2Tx的(002)晶面峰位于7.02°，對應(yīng)層間距為1.25 nm，而QDT-0的(002)晶面峰移動至6.39°，對應(yīng)層間距為1.38 nm，說明混合過程中SA可吸附于Ti3C2Tx之上。QDT-2的(002)晶面峰在6.59°，對應(yīng)層間距為1.34 nm，QDT-4的層間距進(jìn)一步減小至1.29 nm，但仍大于Ti3C2Tx的層間距。在10°～25°區(qū)間(圖4b)，在SA處理后，出現(xiàn)了一個屬于SA的彌散峰[38]，證明了膜中存在SA，且隨著水熱時間的增加，該峰強(qiáng)度逐漸減小，表明水熱處理在一定程度上減弱了SA與Ti3C2Tx的吸附作用，這可能是生成的量子點(diǎn)附著在Ti3C2Tx上所致。ζ電位的變化與XRD相符合(圖4c)：QDT-0由于富羥基和羧基的SA插層，ζ電位降低，水熱后，QDT-2和QDT-4片上吸附的SA減少導(dǎo)致ζ電位升高。

圖4 Ti3C2Tx和QDT的(a、b)XRD圖和(c)ζ電位Fig.4 (a,b)XRD patterns and(c)ζ potentials of Ti3C2Txand QDT

2.2 電化學(xué)性能表征

基于上述結(jié)果可知，水熱處理引入了Ti3C2Tx量子點(diǎn)，并顯著減小了Ti3C2Tx納米片的尺寸。若將QDT膜作為電極材料，有望在膜內(nèi)引入更多的離子吸附位點(diǎn)和更短的離子傳輸路徑，從而增強(qiáng)電化學(xué)性能。為驗(yàn)證這一猜想，以1 mol·L-1H2SO4為電解質(zhì)，在三電極系統(tǒng)中測試Ti3C2Tx膜和QDT膜電極的電化學(xué)性能。圖5a分別為Ti3C2Tx、QDT-0、QDT-2和QDT-4在掃速為5 mV·s-1時的CV曲線。Ti3C2Tx膜和QDT膜在-0.4 V處出現(xiàn)一對氧化還原峰，表現(xiàn)出明顯的贗電容行為，這來源于表面含氧官能團(tuán)的可逆質(zhì)子化[9]導(dǎo)致的Ti元素的氧化還原[8]。其中，QDT-2和QDT-4在-0.2 V處出現(xiàn)第2對氧化還原峰，其可能來源于部分氧化產(chǎn)生的TiO2的電荷轉(zhuǎn)移行為[44]。QDT-2和QDT-4的CV矩形區(qū)域面積仍略大于Ti3C2Tx和QDT-0，說明部分氧化對電容沒有明顯影響。當(dāng)掃速升高至2 000 mV·s-1，CV形狀明顯偏離低掃速下的形狀，此時QDT-2的積分面積顯著大于其余樣品，說明QDT-2在高掃速下有最大的比電容(圖5b)。圖5c為QDT-2在不同掃速下的CV曲線，顯示了其優(yōu)秀的倍率性能。根據(jù)CV曲線計算樣品的比電容，如圖 5d所示，Ti3C2Tx、QDT-0、QDT-2和QDT-4在5 mV·s-1低掃速下的比電容分別為268、277、338和309 F·g-1；當(dāng)掃速提升至2 000 mV·s-1時，比電容分別降低至29、37、154和70 F·g-1，其容量保持率分別為11%、13%、46%和23%。推測QDT-0的性能提高源于增加的層間距；由于更多的離子吸附位點(diǎn)和更短的離子傳輸路徑，QDT-2具有最大的比電容和最好的倍率性能；可能由于量子點(diǎn)聚集導(dǎo)致離子吸附位點(diǎn)減少，QDT-4相比QDT-2性能有所降低。圖5e為不同樣品在1 A·g-1的電流密度下的GCD曲線，非線性的充放電曲線顯示了Ti3C2Tx的贗電容性質(zhì)，充放電曲線的對稱性體現(xiàn)了其可逆性；其中，QDT-2的充放電時間最長，表明其有最大的比電容。并且，不同電流密度的GCD曲線展現(xiàn)了QDT-2優(yōu)異的倍率能力(圖S4)，與CV曲線結(jié)果一致。

圖5 Ti3C2Tx和QDT 在(a)5 mV·s-1、(b)2 000 mV·s-1時的CV曲線;(c)QDT-2在不同掃速的CV曲線;Ti3C2Tx和QDT(d)在不同掃速下的比電容、(e)在1 A·g-1下的GCD曲線、(f)Nyquist圖(插圖：相應(yīng)的放大圖)Fig.5 CV curves at(a)5 mV·s-1and(b)2 000 mV·s-1of Ti3C2Txand QDT;(c)CV curves at different scan rates of QDT-2;(d)Specific capacitance at different scan rates,(e)GCD curves at 1 A·g-1,and(f)Nyquist plots(Inset：corresponding enlarged plot)of Ti3C2Txand QDT

為深入分析離子和電子的傳輸行為，對4種樣品進(jìn)行了EIS分析。如圖5f的Nyquist圖所示，曲線和橫軸的交點(diǎn)為等效串聯(lián)電阻(ESR)。4個樣品的ESR均小于1 Ω，說明Ti3C2Tx和QDT具有高的電子導(dǎo)電性。高頻區(qū)的半圓對應(yīng)電荷轉(zhuǎn)移電阻(Rct)，QDT-2有最小的半圓，表明其電荷轉(zhuǎn)移電阻最小。4個樣品在低頻區(qū)的直線均接近于垂直，都表現(xiàn)出典型的電容行為。Bode圖(圖S5)中，弛豫時間可以從相角為-45°時對應(yīng)的頻率計算。QDT-2的弛豫時間最短，為 0.39 s，Ti3C2Tx的弛豫時間最長(1.05 s)。弛豫時間越短，表明其充放電速率越快，倍率性能越好；因此，離子在QDT-2中具有最快的傳輸動力學(xué)。

為了評估QDT-2在實(shí)際應(yīng)用中的可能性，組裝了QDT-2對稱電容器。圖6a為QDT-2對稱電容器在不同掃速下的CV曲線；與三電極體系相同，對稱電容器的CV曲線仍有一對高度對稱的氧化還原峰，并且，當(dāng)掃速從5 mV·s-1提升至100 mV·s-1時，曲線沒有明顯變形，展現(xiàn)了優(yōu)秀的倍率性能。圖S6為Ti3C2Tx對稱電容器的CV曲線，100 mV·s-1時曲線已經(jīng)發(fā)生明顯的變形。不同掃速的質(zhì)量比電容如圖6b所示，QDT-2對稱電容器在掃速為5 mV·s-1時的比電容為86 F·g-1，100 mV·s-1時的比電容維持在63 F·g-1，而 Ti3C2Tx對稱電容器的比電容從71 F·g-1(5 mV·s-1)迅速降低至 39 F·g-1(100 mV·s-1)，可見QDT-2對稱電容器在高掃速下能維持更高的性能。圖S7為QDT-2對稱電容器的GCD曲線，0.5 A·g-1的放電容量可達(dá)到216 F·g-1。圖6c為對稱電容器的能量密度和功率密度，在功率密度為107 W·kg-1時，能量密度達(dá)到12 Wh·kg-1，當(dāng)功率密度在5.3 kW·kg-1時可實(shí)現(xiàn)的能量密度為6 Wh·kg-1。相比之下，在高功率密度時Ti3C2Tx對稱電容器的能量密度迅速降低。此外，QDT-2對稱電容器在100 mV·s-1的掃速下循環(huán)10 000次后仍保持良好的循環(huán)穩(wěn)定性，容量保持率為87%(圖6d)。

圖6 (a)QDT-2對稱電容器在不同掃速的CV曲線;Ti3C2Tx對稱電容器和QDT-2對稱電容器的(b)不同掃速的比電容和(c)Ragone圖;(d)QDT-2對稱電容器的循環(huán)穩(wěn)定性(插圖：循環(huán)前后的CV曲線)Fig.6 (a)CV curves at different scan rates of QDT-2 symmetric capacitor;(b)Specific capacitance at different scan rates and(c)Ragone plot of Ti3C2Txsymmetric capacitor and QDT-2 symmetric capacitor;(d)Cycling stability of QDT-2 symmetric capacitor(Inset：CV curves before and after cycle)

3 結(jié) 論

通過Ti3C2Tx和SA共混水熱的方法制備了Ti3C2Tx量子點(diǎn)，形成量子點(diǎn)吸附于納米片的0D/2D復(fù)合膜結(jié)構(gòu)(QDT)，增加了離子吸附位點(diǎn)的數(shù)量。此外，水熱反應(yīng)也減小了納米片尺寸，縮短了離子傳輸路徑。QDT-2具有最高的比電容和出色的倍率性能，在5 mV·s-1時比電容為338 F·g-1，在2 000 mV·s-1仍有154 F·g-1，電容保持率達(dá)46%。基于QDT-2的對稱電容器有良好的循環(huán)性能(10 000次循環(huán)后仍可保持87%的質(zhì)量比電容)，功率密度為107 W·kg-1時，其能量密度達(dá)到12 Wh·kg-1。本工作為制備用于高性能贗電容儲能的Ti3C2Tx材料提供了一種新的思路。

Supporting information is available at http：//www.wjhxxb.cn