Nat. Commun.：超韧MXene功能化石墨烯片

兔兔

2020-04-30

柔性还原氧化石墨烯(rGO)薄片有望应用于便携式电子设备和柔性能源存储系统。但是，rGO薄片较差的机械性能和导电性是制约其发展的主要因素。有鉴于此，北京航空航天大学程群峰研究员等人使用MXene(M)纳米片通过Ti-O-C共价键来功能化氧化石墨烯薄片，从而获得MrGO片。

本文要点：

1）在基于过滤的片材制备过程中，MXene和氧化石墨烯(GO)之间的反应提供了异质片材连接。GO还原后，使用共轭分子（1-氨基吡(AP）-双琥珀酰亚胺辛二酸酯，AD）在相邻的rGO薄片之间形成π-π桥接相互作用。因此，在MXene功能化的石墨烯（MrGO-AD）片中发生了涉及Ti-O-C共价键和π-π桥接的协同界面相互作用。

2）MXene纳米片和AD分子的结合减少了石墨烯片内的空隙并改善了石墨烯片的排列，从而获得了更高的致密性和高韧性。MrGO-AD片显示出极高的韧性（~42.7 MJ m^-3）和12.0％的高破坏应变。抗拉强度和电导率也得到了改善，高达~699.1 MPa和~1329.0 S cm^-1。

3）原位拉曼光谱和分子动力学模拟表明，超高韧性归因于Ti-O-C共价键和π-π桥接相互作用的协同界面相互作用，以及堆叠MXene纳米片的滑移。此外，广角和小角X射线散射(WAXS和SAXS)表明rGO片的取向和MrGO-AD片的致密性得到了增强。

4）使用该MrGO-AD薄片组装的柔性超级电容器可提供~13.0 mWh cm⁻³的体积能量密度和出色的柔性，在17,000次弯曲至180°的弯曲循环后，电容保持率约为98％。

Tianzhu Zhou, et al. Super-tough MXene-functionalized graphene sheets. Nat. Commun. 2020, 11 (1), 2077.

DOI: 10.1038/s41467-020-15991-6.

https://doi.org/10.1038/s41467-020-15991-6