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MXenes的分子式为Mn+1XnTx，是一大类2D金属碳化物和氮化物，具有插入过渡金属原子层中的碳层和/或氮层的2D晶格结构。它们具有出色的和可调的电学、光学和电化学性质，使其有望用于能量存储、光电子学、电磁屏蔽、传感、和催化。与其他2D材料相比，MXenes具有极高的导电性、优异的亲水性和在水溶液中的良好分散性，这使得它们可以直接用作环保油墨，通过印刷/涂层技术以可扩展的方式生产微电子或柔性设备。由于MXenes优异的导电性和优异的溶液处理能力，MXenes作为印刷/涂层电子设备的油墨显示出巨大的潜力。为了满足流变性的要求，MXenes通常需要很高的浓度才能制成万能油墨，然而MXenes的流变性调节效率低，以及MXene片材的堆积问题阻碍了其进一步的应用。
来自天津大学的学者提出了一种凝胶辅助的方法来制备具有3D互连网络的多功能MXene油墨，以很好地解决上述问题。由于有效地结合了交联性和交联性网络的膨胀，通过简单地调节溶胶-凝胶体系中的水量，凝胶墨水表现出可调的流变性。在从涂装到挤压印刷的各种适用的印刷/涂布技术中，选择刀片涂布来展示MXene凝胶油墨的优势。光滑的3D结构涂层有利于均匀致密、可逆性高的锌沉积，并使水基锌离子电池具有显著的倍率性能。这项工作为制备多功能MXene油墨提供了一种替代方法，并将为MXenes在先进的可打印电子设备中的应用提供新的机会。相关文章以“A Gelation-Assisted Approach for Versatile MXene Inks”标题发表在Advanced Functional Materials。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202204372
图1. Ti3C2TxMXene凝胶墨水的制备及结构表征。a)MXene凝胶油墨的制备示意图。b)相同浓度为15 mg mL-1的2D MXene墨水(左)、MXene凝胶墨水(中)和MXene水凝胶(右)的图像。c)冷冻干燥的MXene凝胶墨水的扫描电子显微镜图像和d，e)电子显微镜图像。
图2. Ti3C2TxMXene凝胶墨水及参比样品的表征。a)粘度与MXene凝胶油墨和对照样品的剪切速率之间的关系。b)MXene油墨的弹性和粘性系数作为角频率的函数，以及c)对于相同浓度为15 mg mL-1的多层MXene油墨、MXene凝胶油墨和MXene/MgCl2油墨，其弹性系数(G’)与粘性系数(G”)之比的频率依赖性。d) MXene凝胶油墨的涂装、冲压、涂布和挤压。
图3. 锌在Ti3C2MXene凝胶墨水基板上的沉积行为研究。a)锌-铜、b)锌-Mxene墨水和c)容量为0.01 mAh cm-2的锌-Mxene凝胶墨水电极的俯视扫描电子显微镜图像。d)锌-铜、e)锌-Mxene墨水和f)容量为0.1 mAh cm-2的锌-Mxene凝胶墨水电极的俯视扫描电子显微镜图像。g)锌-铜、h)锌-Mxene和i)沉积容量为0.5 mAh cm-2的锌-Mxene凝胶墨水电极的横截面扫描电子显微镜图像，k)XPS光谱和l)锌与MXene凝胶墨水电极的金属-基材相互作用示意图。
图4. Ti3C2TxMXene凝胶墨水电极组装的AZIBs的电化学性能。A)MXene凝胶油墨基材和参考样品的成核过电位。B)电流密度为1 mA cm-2时半电池的库仑效率和循环性能；c)电流密度为1 mA cm-2时，半电池在100~400次不同循环中的过电位；d)MXene墨水和凝胶墨水电极的循环伏安测试。E)电流密度为0.5/1/5/10/20 mA cm-2时MXene凝胶墨水电极的倍率能力。f)全电池循环性能和g)以2 A g-1的速度组装的AZIB与锌-MXene凝胶墨水负极组装的过电位。
本文通过一种新的凝胶辅助策略开发了一种多功能的Ti3C2Tx MXene凝胶墨水，并利用刀片涂层技术在锌电池的实际应用中展示了其优势。通过控制MXene薄片和滞留水之间的相互作用，MXene凝胶油墨表现出改进和有效的流变性调节，适用于不同的印刷和涂布技术。在MXene墨水中形成的3D网络有效地抑制了MXene纳米片材的再堆积，从而提高了MXene的利用率。MXene凝胶涂墨负极具有光滑的表面和相互关联的3D结构，提供了均匀致密的锌沉积和较高的剥离/电镀可逆性，在20 mA cm-2的高倍率下CE值高达99.7%。组装的AZIB在2 A g-1的速率下100次循环后的高容量保持率为90%。本工作为制备适用于不同工艺的MXene墨水提供了一种新的策略，为制造高性能电子器件提供了令人兴奋的机会。（文：SSC）
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