绿色合成MXene@TiO2纳米复合材料用于高性能柔性超级电容器：聚吡咯聚合与掺杂工程的协同增强效应

为解决柔性储能器件能量密度低、循环稳定性差的问题，研究人员通过绿色合成法制备了PPy/MXene@TiO2GC三元复合材料。该材料在5 mV s-1扫描速率下展现出467.7 F g-1的高比电容，对称器件能量密度达5.0 Wh kg-1，循环10000次后容量保持率82.03%，为可穿戴设备提供了环保高效的储能解决方案。

　　

随着智能穿戴设备和植入式医疗装备的快速发展，传统储能器件在柔性化、轻量化和快速充放电方面面临严峻挑战。超级电容器因其高功率密度和长循环寿命成为研究热点，但电极材料的低能量密度和结构不稳定性长期制约其应用。MXene（二维过渡金属碳化物）虽具有卓越导电性，却易氧化堆叠；聚吡咯（PPy）虽有高赝电容，但充放电过程中体积膨胀导致容量衰减；二氧化钛（TiO₂）虽化学稳定却导电性差。如何通过材料协同效应突破这些瓶颈，成为储能领域的关键科学问题。

针对上述挑战，国内某高校的研究团队创新性地采用植物提取物绿色合成策略，构建了PPy/MXene@TiO₂GC三元复合电极。通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）表征材料结构，结合三电极体系测试电化学性能。研究发现，13-60 nm的TiO₂纳米颗粒均匀锚定在MXene层间，PPy聚合形成的三维网络不仅抑制了MXene堆叠，还通过TiO₂的钝化作用提升了抗氧化性。

分析MXene
SEM显示经HF蚀刻后Ti₃AlC₂ MAX相成功转化为层状MXene，层间距扩大促进离子传输。XPS证实表面含氧终端基团（-O/-F）的存在，这为PPy原位聚合提供了活性位点。

电化学性能
在1 M H₂SO₄电解液中，PPy(10 mg)/MXene@TiO₂GC(20 mg)电极展现双电层（EDLC）和赝电容协同效应：5 mV s^-1时比电容达467.7 F g^-1，较纯PPy提升16倍。组装的对称超级电容器在0.1 mA cm^-2电流密度下能量密度为5.0 Wh kg^-1，功率密度1000 W kg^-1时仍保持82.03%容量。

结论与意义
该研究通过绿色合成实现了材料-结构-性能的多级调控：MXene提供导电骨架，TiO₂纳米颗粒增强界面相互作用，PPy三维网络缓冲体积变化。这种"三明治"结构设计为柔性储能器件提供了新思路，其环境友好的制备工艺更具产业化潜力。相关成果发表于《Synthetic Metals》，为下一代可穿戴能源系统开发奠定了材料基础。