Advanced Functional Materials：原位冰模板法构筑三维柔性MXene基膜电极

       MXene作为一种新型二维材料，具有类金属的导电性、高密度和优异的赝电容特性，作为超级电容器电极时表现出高的体积比电容和优异的倍率性能，因此引起了研究人员的广泛关注。此外，由于其独特的二维层状结构，MXene可以制备成柔性薄膜电极，应用于可穿戴微电子器件。然而，在膜电极制备过程中，MXene层间范德华力引起的片层堆叠现象抑制了表面活性位点的有效利用和离子的快速输运，进而影响了MXene作为电极材料时的比容量和倍率性能。构筑三维多孔结构是抑制其片层堆叠、提高表面活性位点利用率的有效途径，但现有的方法大多较为繁琐，需要高温还原、去模板等后续处理步骤，因此，发展更为简便的制备高性能三维柔性自支撑MXene膜的方法仍是一个难题。

  本工作以冷冻干燥技术代替传统MXene膜基电极制备过程中的真空干燥法，冷冻干燥过程中MXene层间的水分子原位形成冰模板，撑开堆叠的MXene片层，在脱除之后构筑得三维多孔MXene膜电极。此外，通过在MXene水溶液中引入CNTs，进一步在MXene层间引入更多的水分子和冰模板，使得构筑的三维结构更加发达。通过原位冰模板法构筑的三维MXene/CNTs膜电极不仅具有优异的柔韧性，而且显著提高了MXene表面活性位点的利用率，促进了离子的扩散和电子的传输，进而表现出优异的电化学性能。将其用作超级电容器电极时，其在5 mV s^-1的扫速下表现出了375.0 F g^-1的比电容，在扫描速率增加至1,000 mV s^-1时容量保持率达到67.0%。继续增加扫速至10,000 mV s^-1，三维柔性MXene/CNTs膜电极仍能保持92 F g^-1的比电容，表现出了优异的倍率性能。将三维柔性MXene/CNTs膜电极进一步组装成对称超级电容器器件，其在96.1 kg^-1的功率密度下表现出9.2 Wh kg^-1的能量密度。这一研究表明通过冷冻干燥，利用原位冰模板法构筑三维结构可以显著提高MXene膜电极的电化学性能，为三维柔性MXene基膜电极的构筑提供了新思路。

  该工作以“In Situ ice template approach to fabricate 3D flexible MXene film-based electrode for high performance supercapacitors”为题发表在材料领域的国际知名期刊Advanced Functional Materials。