MXenes锚定{P4Mo6}型多金属氧酸盐构建三明治结构插层复合材料及其电容性能提升研究

为解决超级电容器（SCs）电极材料导电性差、比表面积不足及层状材料易堆叠等问题，研究人员通过静电吸附将沙漏型多金属氧酸盐（SrMnP4Mo6）锚定于MXenes层间，构建了SrMnP4Mo6@MXenes三明治结构复合材料。该材料展现出1197.0 F g?1的高比电容（5 A g?1）和93.85%的循环稳定性（10,000次），其ASC器件能量密度达67.78 Wh kg?1。研究为协同提升POMs和MXenes的储能性能提供了新策略。

　　

研究背景与意义
随着化石能源消耗引发的环境问题加剧，兼具高能量密度（E_d）和功率密度（P_d）的超级电容器（SCs）成为研究热点。然而，单一电极材料往往存在功能性缺陷：多金属氧酸盐（POMs）虽具有快速可逆的氧化还原能力，但导电性和比表面积低；MXenes虽导电性优异，但层间易堆叠导致活性位点丧失。如何通过材料复合协同提升性能，成为突破SCs技术瓶颈的关键。

研究设计与方法
来自中国的研究团队通过熔融盐蚀刻法剥离MXenes的Al层，形成手风琴状多层结构，再通过溶剂热法将沙漏型{P₄Mo₆}多金属氧酸盐（SrMnP₄Mo₆）插层锚定，构建SrMnP₄Mo₆@MXenes复合材料。采用三电极和两电极系统评估电化学性能，结合X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）表征结构。

研究结果

1. 结构特性：SrMnP₄Mo₆晶体由{Mn(P₄Mo₆)₂}沙漏二聚体与{Sr₂(H₂O)₆Mn(H₂O)₂}连接单元构成，其独特的开放框架为离子传输提供通道。
2. 电化学性能：复合材料在5 A g^?1电流密度下比电容达1197.0 F g^?1，15 A g^?1时仍保持958.9 F g^?1，远优于单一组分。电化学阻抗降低，表明MXenes的高导电性有效促进了电子转移。
3. 器件性能：组装的AC-CC//SrMnP₄Mo₆@MXenes-CC非对称超级电容器，在3324 W kg^?1功率密度下实现67.78 Wh kg^?1的能量密度，循环10,000次后容量保持率93.85%。

结论与意义
该研究通过精准设计“POMs-MXenes”三明治结构，实现了三重协同效应：①{P₄Mo₆}的强氧化还原活性提供高比电容；②MXenes的高导电网络加速电荷传输；③插层结构抑制层堆叠并暴露更多活性位点。发表于《Applied Surface Science》的此项工作，不仅为{P₄Mo₆}型POMs在储能领域的应用开辟新途径，更为解决二维材料工程中的堆叠难题提供了普适性策略。