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 新型2D Ti3C2TxMXene材料在超級電容器領域得到了廣泛的研究；然而，由于MXene納米片的自堆積現象不可避免的降低Ti3C2Tx薄膜的電化學性能。為了改善2D材料這種固有的缺點，普遍認為通過將金屬納米粒子、碳納米管、石墨烯或有機聚合物等第二相填料引入MXene納米片中制備復合膜可以增加MXene納米片層間間距，有效地緩解這種固有的缺點。

西安交通大學周迪教授等通過無水三氯化鐵（FeCl3）插層天然石墨片、經NaHB4膨脹后制備了結構性完整、尺寸較大的石墨烯；進一步將石墨烯引入Ti3C2Tx MXene中制備Ti3C2Tx/石墨烯復合膜，結果表明復合膜電極比電容量的提高不是由于Ti3C2Tx層間間距的增大，而是由于電極材料比表面積的增大所致。文章第一作者是博士研究生郭鐵柱。

圖1 （a）Ti3C2Tx、Ti3C2Tx/石墨烯復合膜的XRD（b）純Ti3C2Tx膜的接觸角（c）Ti3C2Tx/石墨烯復合膜的接觸角

綜合考慮電極材料電導率、親水性、層間間距、比表面積等因素對電極比容量的影響，我們由XRD分析可知，純MXene和復合膜層間間距相似，因而認為層間間距不是提高電極比電容量的主要因素。此外，由于復合膜電導率略低于純MXene樣品的導電性，進而也可以排除導電性的影響。雖然復合膜的接觸角（44o）略高于純Ti3C2Tx（35o），但它仍然是親水膜，因此認為它也不是影響比電容量的主要因素。然而發現復合膜（193.9 m2 g-1）的比表面積遠遠大于純Ti3C2Tx（0.13 m2 g-1）。通過分析MXene擴散控制電容量與表面控制電容量的比例可知，復合膜的表面電容量明顯高于純Ti3C2Tx的表面電容量。因此，我們有理由認為，在各種因素的協同作用中，比表面積是決定電極比電容量較為重要的參數。

圖2 為Ti3C2Tx/石墨烯復合膜的SEM斷面及Ti、C元素的分布

根據SEM分析可知，石墨烯在Ti3C2Tx中主要以自由分布的形式存在，這與一些文獻認為通過增加Ti3C2Tx的層間間距來優化材料比電容量的結論不同，我們認為這種現在的原因可能是大尺寸的二維納米片由于自發的收縮，因而不利于形成層層自組裝導致。本文為制備MXene復合薄膜的研究提供了新思路和見解。

通訊作者簡介

周迪教授，現任西安交通大學電子科學與工程學院副院長；主要研究領域有儲能電容器材料、面向高頻/儲能/吸波功能復合介質材料、二維MXene材料的應用等。2020年入選國家QB計劃；擔任美陶副編AssociateEditor of the Journal of the American Ceramic Society）；國際應用陶瓷技術副編（Associate Editor of International Journal of Applied CeramicTechnology）；2020年獲得陜西省電子學會科學技術獎自然科學一等獎（第一完成人）；2021年獲得陜西省高等學校科學技術獎一等獎（第一完成人）；獲得國際衍射數據中心標準X射線衍射卡八項（PDF 60-482：Li0.5Ti0.4Nb0.45O2等，應邀提交另外4個卡片數據申請）.