成果简介
合理设计具有高储能能力的三维（3D）混合气凝胶电极具有挑战性。本文，上海理工大学材料学院赵斌教授团队在《ACS Appl. Nano Mater.》期刊发表名为“Nanoparticles of Fe3O4 Anchored on Ti3C2Tx MXene/rGO Aerogels as Hybrid Negative Electrodes for Advanced Supercapacitors”的论文，研究提出通过一步水热凝胶工艺成功地制备了Ti3C2Tx/rGO/Fe3O4（Fe-M/G）混合气凝胶，其中涉及乙二胺（EDA）诱导的自组装和Fe3O4纳米颗粒的原位生长。
由于气凝胶的3D分层多孔结构和Fe3O4纳米颗粒在Ti3C2Tx/rGO（M/G）纳米片上的紧密锚固，Fe-M/G混合气凝胶具有出色的电化学性能，在1 mA cm-2时具有1250.5 mF cm-2的高面积电容，在5000次循环后20 mA cm-2时电容保持率达到85.8%。值得注意的是，当Fe-M/G用作与NiCo2O4/rGO正极匹配的负极时，不对称超级电容器（ASC）在1 mA cm–2时表现出365 mF cm–2的高面积电容，在30000次循环后，其初始电容保持在20 mA cm–2中的84.5%。此外，ASC器件在功率密度为802μW cm–2时实现了130μWh cm–2的显著能量密度。混合气凝胶电极可能为开发高性能储能装置铺平道路.
图文导读
方案1. Fe-M/G气凝胶的制备程序示意图
图1：（a）Ti3C2Tx和Fe-M/G气凝胶的XRD图案和（b）拉曼光谱，（c）77K时的氮气吸附等温线，以及（d）M/G 9:1和Fe-M/G气凝胶的相应孔径分布。
图2. (a) Fe1-M/G, (b) Fe2-M/G, (c) Fe3-M/G, 和 (d) Fe4-M/G气凝胶的SEM图像；(e) TEM图像，(f) HRTEM图像，(g) 以及Fe3-M/G气凝胶的C、O、Ti和Fe元素的相应EDS映射图像
图3. Ti3C2Tx和Fe3-M/G气凝胶的高分辨率XPS光谱
图4：（a）在-1.1至-0.3 V的电位窗口中，5 mV s-1的CV曲线；（b）在-1.05至-0. 35 V；(c)根据GCD曲线计算出的作为放电电流密度函数的平均容量；(d)M/G 9:1和Fe-M/G气凝胶电极的Nyquist曲线，插图是这些样品的EIS光谱部分；(e)Fe3-M/G电极在20 A cm-2的循环稳定性，插图是最后10个循环的GCD曲线。
图5：（a）不同峰值电流的b值确定；插图是Fe3-M/G电极的相应CV曲线。(b) 2mV s-1时电容效应（蓝色区域）和扩散控制效应（白色区域）。(c) 在Fe3-M/G电极的不同扫描速率下电容和扩散控制能力的归一化贡献比例。
图6. (a) NiCo2O4/rGO/Fe3-M/G超级电容器的不对称组装图；(b) 在20 mV s-1的扫描速率下，不同电位窗口的CV曲线；(c) 不同电流密度（1-30 mA cm-2）下的GCD曲线；(d) ASC的Ragone图；(e) 电流密度为20 mA cm-2时的循环稳定性和库仑效率，插图显示前十个循环和最后十个循环。
小结
通过EDA诱导的Ti3C2Tx和GO的自组装以及Fe3O4的原位生长，采用简便的水热法成功制备了Fe-M/G混合气凝胶。简单的制备和优异的超电容性能证明了混合气凝胶电极在储能应用中的前景。
文献：https://doi.org/10.1021/acsanm.2c04589
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