MXene材料是一類二維無機化合物，它僅由幾個原子層厚度的過渡金屬碳氮化物構成，由于其獨特的結構和物理化學特性，其在電化學儲能，特別是超級電容器領域具有巨大的應用潛力。自其被發現以來，便一直是熱門的研究領域。然而，MXene材料在從科研邁向實踐中，還有幾大關鍵問題亟需解決，例如MXene材料制備過程繁瑣，涉及氟化物等劇毒物；MXene片層堆疊嚴重，阻礙其活性位點暴露，MXene基超級電容器低溫下性能較差等。為此，研究人員從制備方法、結構設計、材料復合等方面共同發力，為解決上述問題，推動該領域的發展貢獻了眾多優秀的研究成果。

1.?華科大徐鳴教授Nat. Commun.：用于高效電化學儲能的MXene/繩結結構碳納米管復合電極

華中科技大學徐鳴教授和美國德雷塞爾大學的Yury Gogotsi教授及其合作者在自然通訊（Nature Communications）期刊上發表了基于MXene復合電極的亮眼研究“Maximizing ion accessibility in MXene-knotted carbon nanotube composite electrodes for high-rate electrochemical energy storage”，該工作首次提出了構建3D式MXene電極，打破MXene片層之間的堆疊，并引入一種特殊的具有繩結結構的碳納米管作為骨架，穩定MXene電極。以該電極構建的超級電容器在10000次循環后容量沒有損失，且首次將MXene基超級電容器的應用溫度拓展到零下60℃。該超級電容器在-30℃下能量密度高達59 Wh/kg，功率密度為9.6 kW/kg。

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2.?中山大學ACS Nano：高性能柔性自支撐Ti3C2Tx MXene基超級電容器電極

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中山大學衣芳教授團隊通過電極結構改進，表面化學改性，以及制造工藝優化，獲得了同時具有高電容、高倍率、長循環穩定性、以及良好機械柔性的T₃C₂T_x?MXene基超級電容器電極。采取一種節能集成策略獲得了更豐富的活性位點、更快的離子可及性、更好的化學穩定性和良好的機械柔性。該策略結合并優化了三種都涉及煅燒過程的方法： 聚合物碳化法（“Cpolymer”）、堿處理法（“A”）和模板犧牲法（“P”）。與以往通常在高溫下碳化MXene/聚合物復合電極不同的是，他們將焙燒溫度保持在相對較低的溫度（400℃），以利于生成具有良好機械柔性的自支撐電極。而且，聚合物先原位生長在MXene層表面然后再進行碳化，這保證了納米碳在MXene層表面獲得二維納米尺度的均勻分布。此外，實驗中發現碳化原位生長的聚合物可以不同程度地去除-F基團，并且對-F的去除效果與堿處理去除效果具有不同程度的累積加和效果。PMMA納米球的加入進一步促進了原位生長碳化聚合物以及堿在二維片層表面的均勻分布和接觸。含有活性官能團的碳化聚合物提供了更多的電化學活性位點，進一步提高了電容。在MXene層表面通過碳化原位生長聚合物而獲得的納米碳還大大提高了電極的循環穩定性。本工作為開發高性能的電化學儲能裝置以及自供電電源系統等能源系統提供了可能性，該研究成果以題為“Self-Supporting, Binder-Free, and Flexible Ti₃C₂T_x?MXene-Based Supercapacitor Electrode with Improved Electrochemical Performance”發表在ACS Nano上。

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3.?吉林大學高宇Nano Lett：用于全固態柔性超級電容器的金屬離子誘導多孔MXene電極

吉林大學高宇教授及其合作者在國際著名期刊納米快報（Nano Letters）上發表了基于MXene基多孔電極全固態柔性超級電容器的最新研究“Metal Ion-Induced Porous MXene for All-Solid-State Flexible Supercapacitors”，該工作采用乙酸鹽對MXene進行處理，使得MXene片層發生膨脹，并形成多孔結構，較大的層間距有利于離子在層間快速擴散，而多孔結構則增強了離子在垂直于片層的方向上的移動，從而提高了材料的插層贗電容。該多孔電極在100 A/g的高電流密度下，具有超十萬次的循環性能。

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4.?Nano Energy：異質雙金屬硫化物@層狀Ti3C2TX-Mxene作為協同電極 實現高能量密度水基混合超級電容器

近期，蘭州大學韓衛華教授，Muhammad Sufyan Javed，深圳大學Tayyaba Najam將NCS納米花原位嵌入到分層中，采用水熱法制備了Ti₃C₂T_X-MXene，并對其作為電極材料的電化學性能進行了研究。優化后的HS-NCS@MXene表現出超高電容和循環穩定性。

相關研究工作以“Heterostructured bimetallic–sulfide@layered Ti₃C₂T_x–MXene as a synergistic electrode to realize high-energy-density aqueous ?hybrid-supercapacitor”為題發表在國際頂級期刊Nano Energy上。

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5.?桂林理工大學最新Nano Energy：Zn離子預插層助力高容量MXene負極混合超級電容器

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在這項研究中，桂林理工大學高義華、龍飛課題組合作，報道了一種基于MXene/ZnCl2負極和MnO2-MWCNTs正極的可降解微型鋅離子混合超級電容器(DMZHSC)。考慮到MXene電容較低的問題，通過滲透壓作用，采用ZnCl₂預插層Zn²⁺的改性策略，為后續Zn²⁺插層打開更多的活性位點。在此過程中，Cl^-會取代MXene表面的部分-F基。得益于上述改性，MXene/ZnCl₂負極在1.00 m Vs^-1下的比電容高達529.1 F g^-1，比純MXene提高了32.2%。更重要的是，組裝的DMZHSCs不僅具有優異的柔韌性，而且在PBS緩沖液中受到溫和的外界刺激后，能夠在2.0 h內降解。該工作不僅為MXene改性提供了新的方法，也為環境友好型新型電容器的構建提供了新思路。相關論文以題為：“High-capacitance MXene anode based on Zn-ion pre-intercalation strategy for degradable micro Zn-ion hybrid supercapacitors”發表在Nano Energy上。

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6.?AFM：碳點插層MXene薄膜電極構建高性能柔性超級電容器

近日，北京化工大學徐斌教授團隊提出了一種“凝膠致密化-碳點插層”策略，通過海藻酸鈣在二維MXene層間的凝膠化及后續炭化處理，制備具有高離子可及的活性表面和高密度的柔性MXene薄膜電極。在凝膠化過程中，MXene層間的海藻酸鈉與鈣離子交聯形成海藻酸鈣水凝膠（CA），隨后在蒸發干燥過程中毛細管作用力可以誘導MXene/CA水凝膠膜表現出較高的堆積密度（4.0 g cm^-3）。隨后經高溫處理使得CA形成衍生碳點嵌入到MXene層間，使得MXene/CAC薄膜表現出3.3 g cm^-3的高堆積密度和13.7 ?的大層間距。MXene/CAC薄膜在1 A g^-1質量比電容和體積比電容分別達到372.6 F g^-1和1244.6 F cm^-3，即使電流密度達到1000 A g^-1時，其仍然保持662.5 F cm^-3的體積比電容，具有優異的體積性能和倍率性能。MXene/CAC薄膜還具有良好的循環穩定性，在3萬次循環后的電容保留率達到93.5%。此外，在10.0 mg cm^-2的超高面載量下，MXene/CAC薄膜在1 A g^-1時也實現了912.1 F cm^-3的體積比電容。當組裝成全固態對稱超級電容器時，最大體積能量密度可以達到27.2 Wh L^-1，且在不同彎曲程度及串并聯狀態下均展現出優異的性能。相關研究工作以“Flexible Carbon Dots-Intercalated MXene Film Electrode with Outstanding Volumetric Performance for Supercapacitors”為題發表在國際知名期刊Advanced Functional Materials上。

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7.?超快成形激光誘導合成MXene量子點/石墨烯用于工業化生產透明超級電容器

北京理工大學姜瀾教授團隊報道了一種飛秒激光原位方法，制備了MXene量子點(MQD)/激光還原氧化石墨烯(LRGO)透明柔性超級電容器，表現出了優異的電化學性能和透明度。

相關研究工作以“Ultrafast Shaped Laser Induced Synthesis of MXene Quantum Dots/Graphene for Transparent Supercapacitors”為題發表在國際頂級期刊Advanced Materials上。

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8.?清華大學李春團隊AM：機械誘導納米級結構轉變賦予碳化鈦MXene電極集成高面積和體積電容

清華大學化學系李春副教授團隊報告了一種在納米尺度上構建分層電極結構的機械方法。研究人員使用Ti₃AlC₂?MAX相作為前驅體，NH₄HF₂作為蝕刻劑，在高粘性反應介質（通常為1-丁基-3-甲基咪唑氯化物（[C₄mim]Cl）離子液體）中制備了輕質膨脹碳化鈦（Ti₃C₂）MXene粉末。研究發現在層內空間中產生的氫氣泡發生積聚會使MXene粉末剝落，并產生大量膨脹的蠕蟲狀形態。此后，該研究在300 Mpa條件下壓縮膨脹MXene粉末，得到了一個致密的無粘合劑電極，孔隙率為28.2±4.1%（高密度為2.62±0.15 g cm^-3）。此外，研究人員利用聚焦離子束系統對電極橫截面進行切片后，通過透射電子顯微鏡（TEM）觀察到了電極的結構。研究觀察發現，納米孔徑（5-50 nm）的普遍存在和MXene晶格的畸變是此類電極的結構特征，它們有助于EES器件產生高能量密度。最后，研究人員在約150 μm的厚電極中觀察到11.4 F cm^-2的面積電容、770 F cm^-3的體積電容和304 F g^-1的重量電容，這種電極構建策略所產生的高能量密度令人喜悅，可有效推動該領域研究進一步發展。

相關研究成果以“Mechanically induced nanoscale architecture endows titanium carbide MXene electrode with integrated high areal and volumetric capacitance”為題發表在國際頂級期刊Advanced Materials上。

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