近日，我所二维材料与能源器件研究组（DNL21T3）吴忠帅研究员与中科院金属所王晓辉研究员团队合作，采用二维金属碳化物MXene为负极，碳纳米管为正极，具有氧化还原活性的对苯二酚为正极电解液添加剂，构建了氢离子“摇椅”式高比能超级电容器，相关成果发表在《美国化学会·纳米》（ACS Nano）上。

　　MXene是一类二维金属碳（氮）化物纳米片，具有高体积比容量（1500F/cm³）和高质量比容量（380F/g），是一种非常有前景的超级电容器电极材料。然而，目前报道的大部分是水系对称型超级电容器，存在工作电压窗口较窄（一般为0.6 V）的问题，导致获得的能量密度较低。因此，为充分发挥MXene的高比容量的特点，急需发展高电压超级电容器，以获得高的能量密度。

　　最近，该研究团队使用Ti₃C₂T_x MXene为负极，碳纳米管为正极，硫酸溶液和硫酸-对苯二酚混合液分别为负极和正极电解液，质子选择性透过的Nafion膜为隔膜，构建了氢离子“摇椅”式非对称超级电容器。在充放电过程中，吸附在碳纳米管上的对苯二酚发生可逆的去质子化和质子化过程，为正极提供高赝电容；同时，伴随着负极氢离子的插入和脱出，Ti₃C₂T_x中的钛元素发生可逆的氧化还原反应。获得的MXene基非对称超级电容器不仅实现了氢离子在正负极之间可逆快速移动，而且器件具有1.6V的高工作电压和62Wh/kg的高能量密度，为目前已报道的水系MXene基超级电容器的最高值。该工作为MXene基非对称、高比能超级电容器的构建提供了新的思路。

　　上述工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。（文/图 师晓宇、侯晓城）