MXenes具有二维离子扩散纳米通道和优异的电子导电性，但由于MXenes纳米片的重新堆积和复杂的离子扩散路径，MXenes基电极的倍率性能往往难以满足需求。为了减少纳米片的再堆积，将MXenes与其他二维纳米片堆叠成异质结构，可以有效地阻止单个纳米片的自堆叠。石墨烯作为一种典型的二维纳米材料，已被广泛用于超级电容器的电极。如果在MXenes纳米片之间可控地引入具有高导电性的石墨烯，可以增加层间距和材料利用率，从而提高电化学性能。然而，由于离子通过电极厚度的扩散速率仍然受限，在大放电电流下仍然难以保持高比电容。先前报道的基于MXenes的电极材料中平面堆叠或无序排列的纳米片是限制离子扩散速率的主要原因。在这些结构中，离子必须穿过繁琐的层间纳米通道才能与整个电极材料相互作用。因此，迫切需要通过合适的途径垂直排列MXenes纳米片，以促进离子扩散速率和缩短离子扩散路径。另一方面，实现具有大质量负载和厚度的MXenes基高性能复合材料对于实际应用至关重要。因此，构建具有垂直离子扩散路径的三维Ti3CNTx基气凝胶有望成为提高MXene基超级电容器倍率性能的有效途径。

 

 

为了解决以上所述问题，鼎盛官方网站（集团）有限公司新能源团队设计了三维垂直多孔Ti₃CNTx基复合气凝胶以助力超级电容器倍率性能的提升。将石墨烯(rGO)与Ti₃CNTx结合，并通过单向自下而上的冻结过程制备Ti₃CNTx/rGO复合气凝胶，构建垂直的离子扩散路径。石墨烯纳米片的嵌入可以有效减弱Ti₃CNTx纳米片的再堆积，扩大MXenes层间距，提高材料利用率。此外，石墨烯纳米片的加入也可以提高混合气凝胶的机械强度，并在MXenes纳米片之间提供高导电网络。垂直多孔结构大大缩短了离子的扩散路径，提高了电解液离子的可及性。Ti₃CNTx/rGO混合气凝胶的比电容可达390 F g^-1，尤其在1000 mV s⁻¹下仍能保持205F g^-1的高比电容。组装的全固态对称SCs在154 mW g ^-1的功率密度下可提供5.0 mWh g ^-1的高能量密度，并具有良好的循环稳定性。所采用的单向自下而上的冻结过程简单、易于操作，可扩展到其他MXene基混合气凝胶的制备，促进了MXenes和其他二维纳米材料在高功率超级电容器中的应用。

该成果发表在国际知名期刊《Chemical Engineering Journal》（IF:15.1）上，题目为"Vertical porous Ti3CNTx/rGO hybrid aerogels with enhanced capacitive performance"，广西大学为第一通讯单位。

相关工作得到“国家自然科学基金”、“广西自然科学基金”和“广西科技基地和人才专项”等项目经费的大力支持。

论文作者：徐帅凯（通讯作者）,闫苏荣（2020级硕士），陈雪（2019级本科生），黄海富，梁先庆，汪远昊，胡清，尉国栋（通讯作者），杨亚（通讯作者）。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.141528。