近日，浙江理工大学武观研究员和吕汪洋教授在高能量密度纤维状超级电容器领域取得了新进展。作者从设计纤维电极有序微结构、多孔离子通道与机械强度入手，以强化电子传递、离子动力学迁移/存储为目标，采用微流控纺丝技术构筑了点 (氮掺杂碳点, NCDs)-线 (蚕丝纳米纤维, SNFs)-片 (Ti₃C₂T_x MXene) 异质结构的复合纤维材料。在该复合纤维的构建中，利用高导电Ti₃C₂T_x作为能量存储基元，SNFs作为力学增强基元 (纤维拉伸强度提升5倍)，NCDs作为活性基元 (改变Ti₃C₂T_x表面电荷密度，增加其层间距)。制备的NCDs-Ti₃C₂T_x/SNFs复合纤维表现出各向异性结构、基元层间距增大、多孔通道丰富、H⁺离子吸附能垒降低、电荷迁移动力学加快、机械强度/柔性高等优点，在1M H₂SO₄液态电解质中具有大容量（2218.7 F cm^-3）和可逆充放电稳定性。再者，构筑的非对称固态电容器展现出高能量密度（57.9 mWh cm^-3）、良好比电容（1157 F cm^-3）、长循环寿命 (40000 cycles) 与大形变供电能力，实现了为电子产品稳定供能的应用。该研究成果于近日发表在国际重要刊物《Angewandte Chemie》上 (Multiscale Dot-Wire-Sheet Heterostructured Nitrogen-Doped Carbon Dots-Ti₃C₂T_x/Silk Nanofibers for High-Performance Fiber-Shaped Supercapacitors, Angewandte Chemie International Edition 2023, e202301618)。

图1. 多尺度点-线-片异质结构复合纤维材料的设计、优势与微流控纺丝制备。

浙江理工大学材料科学与工程学院硕士研究生周振杰为论文的第一作者。该研究成果得到了国家自然科学基金、国家现代农业产业技术体系、浙江理工大学科研启动基金等项目的资助。

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