DOI: 10.1039/d2ta09726e

对Ti3C2Tx MXenes进行合理修饰，以制备具有巨大储能前景的自支撑柔性碳基电极，是新一代超级电容器的关键任务。在此，本研究通过静电纺丝、原位生长ZIF67和碳化工艺，设计了一种新型Ti3C2Tx MXene修饰多孔碳纳米纤维（PCNF）自支撑/柔性电极。通过改变纤维中MXenes的浓度，研究了一系列MXene集成PCNFs的电化学性能，并将其用于组装柔性对称和非对称超级电容器装置。优化的MX-5@PCNF在1A/g时的比电容达到572.7F/g，且具有较高的循环稳定性（10000次循环）和优异的倍率性能（在30A/g时为71.24%）。此外MX-5@PCNF基柔性对称和非对称（Co3O4@NF//MX-5@PCNF）装置分别显示出22.53Wh/kg和74.2Wh/kg的高能量密度，以及长寿命、理想的库仑效率和倍率性能，证明了其实用性。总之，该研究提供了一种制备MXene修饰高性能PCNF自支撑电极的替代策略，该技术可扩展到其他2D MXene以设计用于柔性超级电容器的高效电极。

图1.Ti3C2Tx MXenes的合成，以及MX-x@PCNF电极、SSC和ASC器件的制备示意图。

图2.（a）（MX-5/Co（No3）2@PAN）的FESEM图像，（b-d）MX-5/ZIF67@PAN的FESEM图像，（e-g）MX-5@PCNF的FESEM图像，（h和i）TEM图像，（j和k）HR-TEM图像，（l）元素映射区域的TEM图像，（m）元素映射谱，以及（n）C、（o）O、（p）Ti和（q）N的元素映射。

图3.（a）ZIF67、MXene、ZIF67@PAN、MX-5@ZIF67和MX-5@PCNF的XRD图谱。（b）不同样品的XRD图谱。（c）拉曼光谱。MX-5@PCNF中（d）C1s、（e）O1s、（f）Ti2p、（g）N1s和（h）F1s的去卷积高分辨率XPS光谱，以及（i）MX-5@PCNF的BET吸附-解吸等温线（插图：孔径分布曲线）。

图4.MX-5@PCNF的电化学表征。（a）不同扫描速率下的CV曲线；（b）不同电流密度下的GCD曲线，（g）不同样本的EIS奈奎斯特图（插图：奈奎斯特图拟合的等效电路图），以及（h）稳定性测试前后MX-5@PCNF的EIS奈奎斯特图（插图：等效电路图）。

图5.MX-5@PCNF//MX-5@PCNF SSC装置的电化学性能。（a）扫描速率为50mV/s时不同电压窗口中的CV曲线，（b）不同扫描速率下的CV曲线，（c）1A/g时，不同电压窗口中的GCD曲线，（d）不同电流密度下的GCD曲线，（e）不同电流密度下的比电容，（f）不同电流密度下的库伦效率和倍率性能，（g）显示不同电流密度下的比电容、倍率性能和库仑效率的图，（h）循环稳定性试验（插图：稳定性试验前后4A/g时的GCD曲线），以及（i）稳定性试验前后SSC装置的奈奎斯特图（插图：放大部分）。

图6.Co3O4@NF//MX-5@PCNF ASC装置的电化学性能。（a）扫描速率为50mV/s时，不同电压窗口中的CV曲线，和（b）5-100mV/s扫描速率范围内的CV曲线，（c）不同电流密度下的GCD曲线，（d）不同电流密度下的比电容，（e）循环稳定性试验（稳定性试验前后1A/g时的GCD曲线），以及（f）稳定性试验前后ASC装置的奈奎斯特图（插图：高频区的放大）。

图7.与文献中报道的研究相比，该装置的Ragone图：（a）MX-5@PCNF//MX-5@PCNF SSC装置（插图：由三个串联SSC装置供电的红色LED）和（b）Co3O4/NF//MX-5@PCNF ASC装置（插图：由两个ASC装置供电的红色LED）。