MXenes作为新兴的二维纳米材料，因其二维纳米结构和电化学活性表面而成为极具潜力的超级电容器电极材料。作为MXenes的一员，Ti₃CNTx被认为具有优异的电化学性能。然而，和其他MXenes一样，Ti₃CNTx的电化学性能也会受到纳米片团聚以及表面官能团的影响。如何有效扩大层间距并修饰表面官能团，尽可能使更多的电解质离子顺利通过二维纳米通道，提高活性位点的利用率，是提升Ti₃CNTx基电极材料电化学性能的关键。

通常使用的方法是将碳材料、MoS₂以及聚合物等异质材料嵌入MXenes层之间，以抑制MXenes纳米片的重新堆叠，从而增大层间距并提高二维纳米通道的可及性，此外还可以通过离子插层的方法来提高MXenes基电极能量存储性能。虽然通过复合异质材料以及离子插层能够提升电极的电容，但过大的层间距和插入的组分会降低电极材料电导率，从而影响倍率性能，因此在提升MXenes电极比电容的同时需要兼顾其良好的倍率性能。MXenes的电化学性能取决于表面官能团的类型，-OH和-F会阻碍离子传输，从而降低能量存储性能。此外，退火处理可以去除大部分-OH基团，从而增加Ti原子的可及性并促进更多的赝电容反应。因此，通过增加层间距和降低表面官能团浓度，能够有效的促进电荷传输并提升二维纳米通道的可及性。

针对以上出现的问题，结合已有理论。我院新能源团队通过对Ti₃CNTx基电极材料进行钾离子插层及表面改性，并进一步在Ti₃CNTx层间引入银纳米线，得到了兼具高比电容和高倍率性能的300-K-Ag-Ti₃CNTx电极材料。300-K-Ag-Ti₃CNTx电化学性能的提高可归因于Ti₃CNTx层间距的增加和表面官能团浓度的降低以及高导电性。实验结果表明，在纳米片之间插入阳离子并降低官能团浓度可以显著提高Ti₃CNTx的质量比电容，在引入K⁺并去除官能团（-OH，-F）后，质量比电容大幅提高到464 F g^-1。Ti₃CNTx 基薄膜的电导率受层间阳离子和表面官能团的影响。300-K-Ag-Ti₃CNTx薄膜的电导率增加到1030.93 S cm^-1，并显示出优异的倍率性能，即使在2000 mV s^-1下，其质量比电容也可以保持在245 F g^-1。表现出优异的倍率性能。基于300-K-Ag-Ti₃CNTx薄膜的全固态对称超级电容器在350 m W g^-1时显示出6.9 mWh g^-1的高能量密度，表明它们在柔性储能装置方面有很大的应用潜力。这项工作将进一步推动柔性MXenes基电极的研究；特别是Ti₃CNTx基电极，在超级电容器和可穿戴电子设备领域具有广阔的应用前景。

该成果发表在国际期刊《Journal of Materials Chemistry A》（IF: 11.9）上，题目为"Intercalation and Surface Modification of Two-dimensional Transition Metal Carbonitride Ti3CNTx for Ultrafast Supercapacitors"，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“北京自然科学基金”等项目经费的大力支持。

论文作者：徐帅凯（通讯作者）,李哲敏（2019级硕士），尉国栋，汪远昊（通讯作者），杨亚（通讯作者）。

论文链接：https://doi.org/10.1039/D2TA04962G。