NiMn-LDH@V2 C MXene协同增强超级电容器储能性能的创新研究

本研究针对层状双氢氧化物（LDH）导电性差、稳定性不足等问题，通过化学键合将NiMn-LDH纳米颗粒原位锚定于V2 C MXene片层，构建新型复合材料。该材料在1 A g?1 电流密度下实现1393 F g?1 的高比电容，循环10,000次后仍保持99%库仑效率，对称超级电容器能量密度达52 Wh kg?1 ，为下一代高性能电极设计提供新思路。

　　

随着可再生能源技术快速发展，储能器件成为实现能源高效利用的关键。超级电容器因其高功率密度和长循环寿命备受关注，但传统碳基材料较低的能量密度限制了其应用。层状双氢氧化物(Layered Double Hydroxides, LDH)虽具有高理论电容，却受限于导电性差和结构不稳定等缺陷。与此同时，二维材料MXene因其金属级导电性和丰富表面官能团成为理想载体，其中V₂
C MXene因钒元素提供的额外氧化还原活性位点更具潜力。如何通过材料协同效应突破性能瓶颈，成为当前研究焦点。

马杜赖卡马拉杰大学的研究团队在《Journal of Energy Storage》发表论文，提出通过化学键合将镍锰层状双氢氧化物(NiMn-LDH)纳米颗粒(~10 nm)原位锚定于V₂
C MXene的创新策略。研究采用LiF-HCl蚀刻法制备高质量V₂
C MXene，利用其负电荷表面引导NiMn-LDH均匀成核，通过表面官能团强化界面结合。电化学测试表明，复合材料比电容达1393 F g^?1
(1 A g^?1
)，20 A g^?1
高电流下仍保持80%容量，组装的对称超级电容器实现52 Wh kg^?1
能量密度和799 W kg^?1
功率密度。

关键技术包括：1) LiF-HCl选择性蚀刻制备V₂
C MXene；2) 水热法原位生长NiMn-LDH纳米颗粒；3) XRD、SEM、TEM等表征材料结构；4) 三电极体系测试电化学性能；5) 组装对称超级电容器评估实际应用潜力。

【结构分析】XRD显示复合材料成功保留V₂
C特征峰(7.19°对应002晶面)与NiMn-LDH特征峰(11.2°对应003晶面)，FTIR证实-OH与MXene表面官能团形成氢键。

【形貌表征】TEM显示NiMn-LDH纳米颗粒均匀分布在MXene片层上，粒径约10 nm，HRTEM显示清晰的晶格条纹(0.26 nm对应NiMn-LDH的012晶面)。

【电化学性能】CV曲线显示复合材料在0.5 mV s^?1
扫速下出现明显氧化还原峰，表明赝电容主导；EIS测试显示电荷转移电阻比纯LDH降低85%。

【器件性能】对称超级电容器在1.6 V电压窗口下，功率密度提升至799 W kg^?1
时仍保持52 Wh kg^?1
能量密度，优于多数报道的LDH基器件。

该研究通过界面工程实现了材料优势互补：MXene的高导电性解决了LDH的传输瓶颈，LDH的丰富活性位点弥补了MXene容量不足。化学键合形成的稳定界面有效抑制循环过程中的结构退化，10,000次循环后容量保持率达99%。这种"导电骨架+活性纳米颗粒"的设计范式为高性能储能材料开发提供了普适性思路，推动超级电容器在电动汽车、智能电网等领域的实用化进程。研究获得RUSA 2.0和SERB-ASEAN项目的资助支持。