武观&吕汪洋Angew.：尼龙6薄膜锚定COF@Ti3C2Tx MXene的可变形超级电容器
1
研究内容
随着便携式电子设备在多功能生理信号监测、人机交互和时空刺激感知方面的快速发展，设计具有优异充放电性能、功率/能量密度以及长期循环寿命的关键储能设备，是下一代可穿戴智能系统的主流方向。织物基可变形超级电容器（D-SCs）具有较大的形状变化能力、重复循环操作的可能性和稳定的微观结构，受到了人们的广泛关注。设计具有坚固骨架和平滑有源通道的D-SC），用于电荷的动态迁移和法拉第存储，对于可穿戴系统来说至关重要。
浙江理工大学武观和吕汪洋通过逐层制造，开发了由共价有机框架（COF）@氨基修饰的Ti3C2Tx沉积在装饰尼龙6（DPA）膜上制成的高性能D-SCs（COF@N-Ti3C2Tx/DPA）。COF@N-Ti3C2Tx/DPA具有优异的H+存储性能和较大的界面电荷转移，在三电极体系中表现出优异的比电容、倍率性能和循环稳定性。固态D-SCs分别在5000次弯曲循环、2000次拉伸循环和5000次折叠循环后表现出高的可变形稳定性，分别为80.7%、80.6%和83.4%的电容保持率。相关工作以“Interface-Anchored Covalent Organic Frameworks@Amino-Modified Ti3C2TxMXene on Nylon 6 Film for High-Performance Deformable Supercapacitors”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。
2
研究要点
要点1.作者尼龙6（DPA）膜作为可变形基底，Ti3C2Tx薄片作为导电框架，共价有机框架（COF，由六酮环己烷八水合物（HKH）和1,2,4,5-苯四胺四氯化氢（BTA）连接）作为多孔活性材料组成，构建了一种用于柔性超级电容器的分级结构电极。
要点2.作者采用离心静电纺丝和逐层过滤法制备的可扩展Ti3C2Tx沉积在装饰尼龙6（Ti3C2Tx/DPA）基底上，具有结构疏松、变形能力强和导电网络稳定的特点。COF通过原位聚合过程和化学键相互作用在Ti3C2Tx层表面生长，确保了良好的界面稳定性和降低的电子转移能垒。
要点3.得益于丰富的多孔结构、优异的H+存储性能、高导电性、丰富的氧化还原反应位点、基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算阐明的大的界面电荷转移，柔性电极呈现出理想的比电容（1 A cm-3时为1298.3 F cm-3），优异的倍率性能（在20 A cm-3下为847.3 F cm-3）和大的循环稳定性（20000次循环后的保持电容为1048.7 F cm-3。
D-SCs也实现了40.5 mWh cm-3的高能量密度，用于为各种电子设备供电。在可变形的情况下，D-SC在5000次弯曲循环、2000次拉伸循环和5000次折叠循环后仍分别具有80.7%、80.6%和83.4%的电容保持率，这表明其在智能穿戴系统中的潜在应用。
3
研究图文
图1. a）可变形体的COF@N-Ti3C2Tx/DPA电极的合成过程示意图及相应的界面相互作用。b）计算的平面平均静电势（插图：COF和Ti3C2Tx之间界面的差分电荷密度）。COF、Ti3C2Tx和COF@N-Ti3C2Tx/DPA异质结构的密度态。Ti3C2Tx/DPA和COF@N-Ti3C2Tx/DPA对H+的吸附能。蓝色、紫色和红色分别表示Ti3C2Tx/DPA的氧位点、COF@N-Ti3C2Tx/DPA的N位点和COF@N-Ti3C2Tx/DPA位于C附近的N位点。c）COF@N-Ti3C2Tx/DPA的能量储存机制示意图。
图2. a、b）Ti3C2Tx/DPA和COF@N-Ti3C2Tx/DPA的截面SEM。COF@N-Ti3C2Tx/DPA膜的c）TEM和d）AFM。e）COF、Ti3C2Tx/DPA、COF@Ti3C2Tx/DPA和COF@N-Ti3C2Tx/DPA的XRD。f）COF@Ti3C2Tx/DPA和COF@N-Ti3C2Tx/DPA的红外光谱。g）COF@Ti3C2Tx/DPA和COF@N-Ti3C2Tx/DPA的O 1s峰值。h）Ti3C2Tx/DPA和COF@N-Ti3C2Tx/DPA的N2吸附/脱附等温线和孔径分布。i）COF@N-Ti3C2Tx/DPA的机械性能。插图：COF@N-Ti3C2Tx/DPA薄膜提升了900克的重量，显示出164.7 Ω的表面电阻。j）COF@N-Ti3C2Tx/DPA薄膜，在不同变形下的照片。
图3. 基于1 M H2SO4电解质的电化学性能。
图4. 固态D-SCs的电化学性能。
4
文献详情
Interface-Anchored Covalent Organic Frameworks@AminoModified Ti 3 C 2 T x MXene on Nylon 6 Film for High-Performance Deformable Supercapacitors
Mengyue Feng, Yang Zhang, Xiaolin Zhu, Wenxing Chen, Wangyang Lu,* Guan Wu*
Angew. Chem. Int. Ed.
DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202307195
