多孔MXene薄膜因其多樣的孔隙結構和豐富的表面化學性質，成為理想的柔性電子材料，在柔性儲能、電磁屏蔽等應用方面潛力巨大。然而，其典型的問題，特別是作為柔性儲能材料時，在高電流密度下，電容性能急劇下降。主要原因在于層間結合致密，阻礙了離子的動態擴散，此外，離子擴散路徑的曲率過高，電荷傳輸過程緩慢。目前研究者致力于研發兼具大比表面積、低曲率以及優良導電性和機械性能的多孔MXene薄膜，但仍然面臨諸多挑戰。
多孔MXene薄膜的設計思路及制備工藝圖
為了解決上述問題，陜西科技大學陸趙情教授團隊通過離子分子雙交聯體系設計和凍干干燥工藝，構建了具有低曲率和高強度的三維結構的柔性多孔MXene薄膜材料。該項工作從材料的的表面終端基團、層間距和定向結構角度優化了多孔材料的物理化學性質，并為制備輕質高強的柔性儲能材料和電磁屏蔽材料提供了新思路。相關工作在《Energy Storage Materials》（IF：18.9）以“Double cross-linking system for constructing tortuosity-lowered and strength-enhanced porous MXene films with superior capacitive performance and electromagnetic shielding efficiency”為題發表。
離子交聯與無交聯下MXene薄膜的微觀形貌和化學表征
分子交聯與離子分子雙交聯多孔MXene膜的微觀形貌
不同比例的分子交聯與離子分子雙交聯多孔MXene膜力學性能及力學提升機理圖
多孔MOB與MB膜的電化學表征及離子傳輸通道示意圖
非對稱超級電容器電化學性能及應用示意圖
多孔薄膜材料的電磁屏蔽性能
文章亮點如下：通過離子分子雙交聯體系和隨后的冷凍干燥工藝，構筑了在橫向和垂直方向都具有三維網狀多孔的結構，這一獨特結構極大縮短了離子的傳遞速率，纖維與納米片之間的高度互連性也提高了多孔膜的力學性能及電磁屏蔽性能；離子交聯通過庫侖吸引調整MXene片層的方向，同時優化的終端和離子插層擴大了層間距；分子交聯通過氫鍵相互作用調整多孔結構的骨架；具有互連性的多孔MXene-OH/BC膜同時表現出優異電化學性能和電磁屏蔽性能，提供了527 F/g的電容，41.5 MPa的機械強度，分別為MXene薄膜的140%和367%，并表現出67.2 dB的電磁屏蔽效能。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103686
（核稿：劉國棟 編輯：劉倩）
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