Fe2O3/MXene复合电极与氧化还原电解液协同策略构建高性能超级电容器

针对MXene基超级电容器因片层堆叠和有限电容导致的性能瓶颈，研究人员通过Fe2O3/MXene复合电极设计与Cu2+氧化还原电解液协同策略，开发出比电容达643.8 F g?1、能量密度20.1 Wh kg?1的非对称器件，为高能储能系统提供新思路。

　　

在能源危机与环境污染的双重压力下，开发高效储能设备成为全球焦点。超级电容器（SCs）因其高功率密度和超长循环寿命备受关注，但能量密度不足始终是瓶颈。MXene作为新型二维材料虽具有优异导电性和亲水性，却因片层堆叠（van der Waals力作用）导致活性位点减少；而过渡金属氧化物如Fe₂O₃虽理论电容高达3625 F g^?1，却受限于低导电性和循环稳定性。如何通过材料设计与电解液优化实现性能突破，成为研究者亟待解决的难题。

陕西省科技计划项目支持下，研究人员在《Journal of Electroanalytical Chemistry》发表论文，提出“电极-电解液”双优化策略：通过Fe₂O₃纳米颗粒锚定MXene抑制堆叠，并引入Cu²⁺氧化还原电解液协同提升电荷存储。该研究最终实现比传统MXene器件显著提升的能量密度（20.1 Wh kg^?1）和电容性能。

关键技术方法
研究采用三步法：1) 高温烧结制备Ti₃AlC₂（MAX相）前驱体；2) 液相剥离结合真空抽滤获得Fe₂O₃/MXene复合薄膜；3) 在3 M H₂SO₄基础电解液中添加30 mM CuSO₄构建混合氧化还原体系。通过SEM、XRD等表征材料形貌，并采用三电极系统测试电化学性能。

研究结果

Composition analysis and morphology characterization
SEM显示Fe₂O₃纳米颗粒（~50 nm）均匀分布在MXene褶皱表面（图2c），有效阻止片层堆叠。XRD证实Fe₂O₃的α相与MXene的（002）晶面共存，退火处理增强了界面结合力。

Electrochemical performance evaluation
在3 M H₂SO₄+CuSO₄电解液中，复合电极比电容达643.8 F g^?1（2 A g^?1），较纯H₂SO₄体系提升62%。CV曲线显示Cu²⁺/Cu⁺氧化还原峰（0.35/0.15 V），证实电解液贡献额外赝电容。组装的非对称器件在1292.5 W kg^?1功率密度下能量密度突破20 Wh kg^?1，循环5000次后容量保持率91.3%。

Conclusions
该工作通过Fe₂O₃/MXene界面工程与Cu²⁺氧化还原电解液的协同设计，解决了MXene基器件能量密度低的关键问题。Fe₂O₃不仅作为“纳米间隔物”抑制堆叠，其与MXene的电荷协同效应更加速了Cu离子氧化还原动力学。这种双优化策略为高性能超级电容器的开发提供了普适性思路，兼具学术价值与产业化潜力。

（注：全文数据与结论均源自原文，未添加非文献支持内容）