DOI: 10.1002/mame.202100877

本研究报道了作为先进超级电容器高性能自支撑电极材料的MXene/芳香族聚醚酰胺（PEA）衍生杂化碳纳米纤维（HCNFs）的微观结构、电学和电化学性能。为此，通过静电纺丝PEA溶液、将初纺PEA纳米纤维浸入MXene水分散体（1-10次循环）以及热处理MXene涂覆PEA纳米纤维以对其进行碳化制备了一系列HCNFs。HCNFs的电子显微镜和X射线衍射数据表明，MXene纳米片均匀沉积在PEA衍生氮自掺杂CNFs上，并且随着浸涂循环次数的增加而累积。因此，由于导电MXene纳米片的含量增加，电导率从PEA衍生纯CNF的3.94S/cm增加到HCNF10（10次浸涂循环）的15.74S/cm。另一方面，由于离子屏障功能和MXene纳米片对多孔CNF网高电导率的Trade-off效应，经测量HCNF7（7次浸涂循环）的电化学性能最高。由两个自支撑HCNF7电极构成的对称超级电容器显示出卓越的电化学性能，当电流密度为1-10A/g时，比电容为66.7-179.3F/g，功率密度为1000-10000W/kg，能量密度为52.7-91.2Wh/kg。

图1.通过静电纺丝、浸涂和碳化制备MXene/PEA衍生杂化碳纳米纤维的示意图。

图2.（A,B）纯CNF和HCNF7的SEM图像；（C）HCNF7的EDS元素映射图像。

图3.纯CNF和HCNFs的X射线衍射图。

图4.（A）纯CNF和HCNF7的XPS全光谱；HCNF7中（B）C1s、（C）N1s和（D）Ti2p信号的高分辨率XPS光谱。

图5.（A）纯CNF和HCNFs的电流-电压（I-V）曲线以及（B）电导率/电阻率。

图6.纯CNF和HCNFs在2-100mV/s的不同扫描速率下的循环伏安曲线。

图7.纯CNF和HCNFs在1-10A/g的不同电流密度下的恒电流充放电曲线。

图8.（A）比电容值与电流密度的函数关系，（B）比电容保持率与GCD测试循环的函数关系；（C）纯CNF和HCNFs的奈奎斯特图和改进的Randles等效电路图。

图9.（A）基于两种HCNF7电极材料的对称超级电容器的循环伏安曲线、（B）充放电曲线以及（C）比电容值与电流密度的函数关系。