反复冻融法高产率制备超薄MXene

 MXene作为一种独特的二维纳米材料家族成员，集合了优越的电导率、比表面积大、亲水性等优势，并已广泛应用于锂离子电池，电化学中存储系统，电磁干扰屏蔽，电催化剂，光热转换等领域。人们通常密切关注MXene的功能，却忽略了较低的产率。提高MXene的产率的研究可避免不必要的浪费，对大规模生产具有重大的实际意义。

成果简介

     近来，复旦大学武培怡教授在国际知名期刊Advanced Functional Materials发表了题目为“A Facile, High-Yield, and Freeze-and-Thaw-Assisted Approach to Fabricate MXene with Plentiful Wrinkles and Its Application in On-Chip Micro-Supercapacitors”的论文，创新性地提出采用反复冻融法，借助冰晶冷冻膨胀的作用力打开MXene片层。几次循环后，无超声作用时以高达39%的产率制备了特殊褶皱结构的MXene纳米片。超音波处理后，MXene的产率达到了破纪录的81.4%。这种独特的MXene纳米片制备的微型电容器也表现出优异的电容性能。

图 1（a）FAT法制备Ti₃C₂的原理图；（b）Ti₃AlC₂的SEM图像；（c）多层- Ti₃C₂,（e,f）表面有明显褶皱的FAT-Ti₃C₂；（d）m-Ti₃C₂冷冻后的sem图像；（g,h） HRTEM图；（i）XRD图。       

图 3（a）不同循环次数的FAT-MXene分散体的紫外-可见吸收光谱和（b）产量；（c）和（d）为不同循环次数的FAT-MXene的（002）峰角度值。

图 4（a）MXene的TEM图（b）有无FAT循环的m-MXene对比图；（c）FAT法制备的FAT-MXene与报道文献的对比。

图 5（a）超声-MXene与FAT-MXene膜的对比图（b-c）柔性FAT-MXene膜照片；（d-f）FAT-MXene膜的XRD、I-V曲线和拉伸曲线；（g-i）超声-MXene和（j-l）FAT-MXene膜的SEM图。

图 6（a-c）MSC的制备示意图；（d-g）各工序照片，标尺为15毫米。

图7（a-b）m-MSC的SEM俯视图;（c）MXene电极膜测试图；（d）不同扫描速度下的CV曲线;（e）不同厚度的m-MSC在恒定电流不同电流密度下的充放电(GCD)图；（f）扫描速率为20 mV s⁻¹时的CV曲线;（g）不同厚度的m-MSC体积电容；（h）)不同厚度的m-MSC在不同的电流密度下的体积电容；（i）FAT-MXene的MSC的体积能量和功率密度与其他报道的MSC的对比图。

结 论

通过提出一个简单有效且温和的反复冻融法打开了MXene片层。经过4次循环后， 具有特殊褶皱的Fat-MXene纳米片尺寸较大，产率可高达39%。与超声处理相结合后，虽然尺寸有所降低，产率却进一步提高至81.4%。Fat-MXene组装的微型电容器具有高达23.6 mF cm^–2的面电容和591 mF cm^–3 的体电容。卓越的电化学性能并以此证明了间充质干细胞的高质量脂肪的策略。该研究开辟了一种全新的方法来提高MXene的得率，有利于进一步拓展MXene的应用。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.201910048