814 工程科学学报，第43卷，第6期 响不大.此外，对比低频区的直线的斜率发现， 薄膜厚度增加后，其倍率性能恶化更加严重.其原 MXene薄膜的离子扩散阻力随着厚度的增加而增 因主要是由于采用真空抽滤得到MXene薄膜的 加.说明MXene厚度变化主要影响了MXene薄膜 过程中，随着厚度增加需要的Xene胶体溶液的 的离子扩散阻力导致MXene电容性能受到影响. 体积变多，抽滤时间增长，导致在抽滤过程中 图8(a)为不同厚度的MXene薄膜电极比电容 MXene纳米片发生了自堆叠，同时纳米片层之间 随扫速增加(5~l00mVs)的趋势图.MXene薄 也更加紧密，导致离子不能快速的到达纳米片表 膜电极在扫描速度100mVs时，通过计算 面.图8(b)为不同厚度的MXene薄膜电极分别在 MXene-1、MXene-2和MXene--3的比电容分别为 在电流密度1Ag的充放电测试结果.图中的充 116、58和28Fg.在高速扫速下，MXene薄膜厚 放电曲线几乎是对称的线性三角形，说明MXene 度增加对MXene薄膜比电容影响严重.MXene- 具有可逆的充放电过程和良好的电容行为.而且 1的比电容从228Fg下降到116Fg,电容保持 在相同的电流密度时，MXene-.l、MXene-2和 率为51%：MXene-2的比电容从204Fg下降到 MXene-3放电时间分别为203、138和119s,说明 58Fg,电容保持率为28%；MXene-.3的比电容从 在MXene薄膜厚度越薄薄膜电极的比电容好，充 163Fg下降到28Fg,电容保持率为17%.MXene 放电测试结果与循环伏安曲线相符合， 250 (a) 0.3 (b) --MXene-1 -MXene-1 -·-MXene-2 -MXene-2 -MXene-3 02 -MXene-3 150 色 0 100 0.1 50 0.2 0 05 20 40 60 80 100 100 200 300 400 Scan rate/(mV-s-) Time/s 图8不同厚度的MXee薄膜比电容随扫描速率变化图(a)和在电流密度为IAg的充放电曲线(b) Fig.8 Specific capacitance vs scan rate (a)and GCDs at 1 A'g(b)of MXene electrode with different thicknesses 3 结论 5mV-s时，厚度为6.6、14.9和40.2μm的MXene薄 膜电极的质量比电容分别为228、204和163Fg); (I)采用LiF-HCI法刻蚀MAX相TigAIC2材 且在较高的扫速下，较薄的MXene薄膜电极具有 料得到的MXene胶体溶液，通过真空抽滤得到了 更高的电容保持率（扫速从5提升至100mVs, 柔性良好的MXene薄膜，MXene薄膜致密再堆积 电容保持率由薄到厚分别为51%、28%、17%). 而形成层状结构，其表面形成-O,-OH,-F和-C1 基团.MXene薄膜可以不需添加额外的黏结剂通 参考文献 过机械裁剪直接作为工作电极 [1]Kim B C,Hong J Y,Wallace GG,et al.Recent progress in (2)在不同电解质中测试厚度为6.6um的 flexible electrochemical capacitors:electrode materials,device MXene薄膜的电化学性能，扫描速度为5mVsl configuration,and functions.Adv Energy Mater,2015,5(22): 时，在H2SO4电解液中，MXene质量比电容能达到 1500959 228Fg；在KOH电解液中，MXene质量比电容能 [2] Yan P T,Zhang R J,Jia J,et al.Enhanced supercapacitive 达到106Fg;在Na2SO4电解液中，质量比电容能 performance of delaminated two-dimensional titanium carbide/ carbon nanotube composites in alkaline electrolyte.J Power 达到83Fg;可知在H2SO4电解液中，MXene具 Source5:,2015,284:38 有更好的电容性能 [3]Lin T Q,Chen I W,Liu F X,et al.Nitrogen-doped mesoporous (3)不同厚度的MXene薄膜电极中，较薄的 carbon of extraordinary capacitance for electrochemical energy MXene薄膜电极具有更高的质量比电容（扫速为 storage.Science,.2015,350(6267):1508响不大. 此外，对比低频区的直线的斜率发现， MXene 薄膜的离子扩散阻力随着厚度的增加而增 加. 说明 MXene 厚度变化主要影响了 MXene 薄膜 的离子扩散阻力导致 MXene 电容性能受到影响. 图 8（a）为不同厚度的 MXene 薄膜电极比电容 随扫速增加（5～100 mV·s−1）的趋势图. MXene 薄 膜 电 极 在 扫 描 速 度 100  mV·s−1 时 ， 通 过 计 算 MXene-1、 MXene-2 和 MXene-3 的比电容分别 为 116、58 和 28 F·g−1 . 在高速扫速下，MXene 薄膜厚 度增加对 MXene 薄膜比电容影响严重. MXene- 1 的比电容从 228 F·g−1 下降到 116 F·g−1，电容保持 率为 51%；MXene-2 的比电容从 204 F·g−1 下降到 58 F·g−1，电容保持率为 28%；MXene-3 的比电容从 163 F·g−1 下降到 28 F·g−1，电容保持率为 17%. MXene 薄膜厚度增加后，其倍率性能恶化更加严重. 其原 因主要是由于采用真空抽滤得到 MXene 薄膜的 过程中，随着厚度增加需要的 MXene 胶体溶液的 体积变多 ，抽滤时间增长 ，导致在抽滤过程 中 MXene 纳米片发生了自堆叠，同时纳米片层之间 也更加紧密，导致离子不能快速的到达纳米片表 面. 图 8（b）为不同厚度的 MXene 薄膜电极分别在 在电流密度 1 A·g−1 的充放电测试结果. 图中的充 放电曲线几乎是对称的线性三角形，说明 MXene 具有可逆的充放电过程和良好的电容行为. 而且 在 相 同 的 电 流 密 度 时 ， MXene-1、 MXene-2 和 MXene-3 放电时间分别为 203、138 和 119 s，说明 在 MXene 薄膜厚度越薄薄膜电极的比电容好，充 放电测试结果与循环伏安曲线相符合. 0 0 Specific capacitance/(F·g−1 ) (a) (b) 250 200 150 100 50 Scan rate/(mV·s−1) Time/s 20 40 60 80 100 100 0 200 300 400 MXene-1 MXene-2 MXene-3 MXene-1 MXene-2 MXene-3 0.3 0.2 0.1 0 −0.1 −0.2 −0.3 Potential/V (vs Ag/AgCl) 图 8    不同厚度的 MXene 薄膜比电容随扫描速率变化图（a）和在电流密度为 1 A·g−1 的充放电曲线（b） Fig.8    Specific capacitance vs scan rate (a) and GCDs at 1 A·g−1 (b) of MXene electrode with different thicknesses 3    结论 （ 1）采用 LiF‒HCl 法刻蚀 MAX 相 Ti3AlC2 材 料得到的 MXene 胶体溶液，通过真空抽滤得到了 柔性良好的 MXene 薄膜，MXene 薄膜致密再堆积 而形成层状结构，其表面形成‒O，‒OH，‒F 和‒Cl 基团. MXene 薄膜可以不需添加额外的黏结剂通 过机械裁剪直接作为工作电极. （ 2）在不同电解质中测试厚度 为 6.6  μm 的 MXene 薄膜的电化学性能，扫描速度为 5 mV·s−1 时，在 H2SO4 电解液中，MXene 质量比电容能达到 228 F·g−1 ；在 KOH 电解液中，MXene 质量比电容能 达到 106 F·g−1 ；在 Na2SO4 电解液中，质量比电容能 达到 83 F·g−1；可知在 H2SO4 电解液中，MXene 具 有更好的电容性能. （ 3）不同厚度的 MXene 薄膜电极中，较薄的 MXene 薄膜电极具有更高的质量比电容（扫速为 5 mV·s−1 时，厚度为 6.6、14.9 和 40.2 μm 的 MXene 薄 膜电极的质量比电容分别为 228、204 和 163 F·g−1）； 且在较高的扫速下，较薄的 MXene 薄膜电极具有 更高的电容保持率（扫速从 5 提升至 100 mV·s−1 ， 电容保持率由薄到厚分别为 51%、28%、17%）. 参    考    文    献 Kim  B  C,  Hong  J  Y,  Wallace  G  G,  et  al.  Recent  progress  in flexible  electrochemical  capacitors:  electrode  materials,  device configuration,  and  functions. Adv Energy Mater,  2015,  5（22）: 1500959 [1] Yan  P  T,  Zhang  R  J,  Jia  J,  et  al.  Enhanced  supercapacitive performance  of  delaminated  two-dimensional  titanium  carbide/ carbon  nanotube  composites  in  alkaline  electrolyte. J Power Sources, 2015, 284: 38 [2] Lin  T  Q,  Chen  I  W,  Liu  F  X,  et  al.  Nitrogen-doped  mesoporous carbon  of  extraordinary  capacitance  for  electrochemical  energy storage. Science, 2015, 350（6267）: 1508 [3] · 814 · 工程科学学报，第 43 卷，第 6 期