近日，我所能源催化转化全国重点实验室二维材料化学与能源应用研究组（508组）吴忠帅研究员团队，在二维过渡金属硼化物（Boridene）的可控制备及微型储能应用方面取得新进展。团队发展了一种无水锂离子溶剂辅助剥离策略，可将钼铝硼（MoAlB）衍生的层状硼化钼（MoB）转化为高质量二维MoB纳米片，并构建了高性能微型超级电容器和柔性集成微系统。
二维过渡金属硼化物因其独特的电子结构、高电导率和丰富的表面化学特性，在电化学储能领域具有广阔应用前景。MoB可通过选择性刻蚀去除层状MoAlB中的铝（Al）层获得。然而，该方法常面临Al去除不完全，以及刻蚀后MoB层间再堆叠等问题，难以获得充分剥离的二维纳米片。这会降低材料的可利用表面积，阻碍电解质离子进入层间活性位点，从而制约MoB在高倍率储能器件中的性能。
针对上述问题，研究人员首先采用氯化锌（ZnCl2）熔盐刻蚀法，选择性去除MoAlB中的Al层，得到具有Cl/O混合表面端基的层状MoB；随后，引入无水氯化锂-二甲基亚砜（LiCl–DMSO）插层策略，利用Li+–DMSO溶剂化配合物扩大层间距，并结合温和超声处理，实现了少层剥离MoB（d-MoB）纳米片的制备。所得MoB纳米片物相纯度高、表面氧化程度低，平均厚度约3 nm，横向尺寸约300 nm，提升了有效可接触表面积。结合实验表征与理论计算，科研人员进一步阐明了溶剂辅助插层作用机制：与水合Li+相比，Li+–DMSO配合物具有更强的进入MoB层间并促进结构膨胀的能力。密度泛函理论计算表明，Li+–DMSO在MoB表面可实现良好吸附并产生电子局域效应；不同溶剂的对照插层实验也证实，Li+的溶剂化与配位环境对层间膨胀和剥离效率具有重要影响。
得益于少层结构、更多暴露的活性表面和缩短的离子传输路径，d-MoB纳米片展现出增强的电化学性能。基于该材料制备的平面叉指微型超级电容器，面积比电容为102.4 mF cm−2，面积能量密度为4 μWh cm−2，并可在低至−30 °C的条件下稳定工作。此外，团队还将微型超级电容器与无线充电线圈、d-MoB基压力传感器集成，构建了柔性无线充电—储能—传感微系统，展示了d-MoB在微型储能和柔性电子领域的应用潜力。
相关研究成果以“Solvent-Assisted Delamination of Boridene toward High-Performance Micro-Supercapacitors and Integrated Microsystems”为题，于近日发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。该成果的共同第一作者是508组博士研究生Tasmia Azam、博士后Pratteek Das和博士研究生任志浩。上述工作得到国家自然科学基金、“一带一路”国际科学组织联盟（ANSO）、我所创新基金等项目的资助。（文/图 Tasmia Azam、Pratteek Das、任志浩）
