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  隨著科學技術的不斷進步，便攜式電子設備和新概念汽車等需要快速充放電和進行大量能量存儲已成為存儲領域中新的發展和挑戰。超級電容器是一種不同于電池和普通電容器的新型儲能器件并且在補充或替代電池等方面發揮著不可替代的作用。MXene兼具類金屬導電性與高密度表面官能團，能夠賦予超級電容器較高的比電容和優異倍率性能。聚（3,4-乙撐二氧噻吩）（PEDOT）具有優異的本征電導率、化學穩定性，和較寬的工作電位窗口，能夠顯著提升超級電容器的電荷存儲容量和倍率性能。另外，聚多巴胺（PDA）因其獨特的分子結構，其具有豐富官能團（如鄰苯二酚、胺基）增強贗電容和電極/電解液界面浸潤性，并且其還具有高碳化率與氮摻雜，熱解后可形成高導電性碳材料，提升比容量。因此，創新性的將高分子材料與MXene復合，將協同提升電容器的導電性和機械強度，滿足智能儲能需求。

  在此背景下，新疆大學吐爾遜·阿不都熱依木教授團隊在國家自然科學基金和新疆大學“碳基能源資源化學與利用國家重點實驗室”的資助下，基于前期在超級電容器的開發與應用方面的系統積累（Advanced Functional Materials, 2025, 2505998. Chemical Engineering Journal, 2025, 513, 162944. Carbon, 2025, 235, 120028. Carbon, 2024, 218, 118736. Journal of Energy Storage, 2024, 94, 112530. Journal of Alloys and Compounds, 2024, 980, 173609. Electrochimica Acta, 2024, 507, 145155），圍繞高分子材料助力MXene基超級電容器的開發與應用方面開展深入研究，旨在推動其在儲能領域的廣泛應用。主要研究內容和結論如下：

1. 李佳蓓，吐爾遜·阿不都熱依木^*，如仙古麗·加瑪力^*：先進超級電容器設計：CoNi-OH/3D MXene電極與磺化木質素基水凝膠電解質

  2025年5月27日，吐爾遜·阿不都熱依木教授課題組在《Journal of Colloid and Interface Science》（中科院一區Top）在線發表題為“High-performance supercapacitor based on 3D Ti₃C₂T_x electrodes and sulfonated lignin gel electrolyte”的研究論文。本文第一作者為2023級碩士李佳蓓，通訊作者為吐爾遜·阿不都熱依木，通訊單位為新疆大學。

圖1. 材料制備流程圖

  超級電容器是高效的儲能系統。構成其主要成分的電極物質和電解質是研究的關鍵領域。本研究從二維MXene易自聚，導致比表面積降低以及導電聚合物水凝膠在制備過程中存在分散性差等問題入手，采用聚苯乙烯納米球為模板將Ti₃C₂T_x從二維片狀結構轉化為三維球狀結構，再引入雙金屬鈷鎳氫氧化物（CoNi-OH）有效提升其性能（圖1）。此外，通過在凝膠中摻入磺化木質素（SL），顯著改善了PEDOT在水基溶劑中的分散性，促進了均勻水凝膠的形成。結果表明，所制備的CoNi-OH/3D Ti₃C₂T_x復合材料在1 A g^-1的電流密度下比電容高達2020 F g^-1，組裝的非對稱超級電容器比電容達到278.3 F g^-1。經過7000次循環測試后，該器件庫侖效率為99.4%，并在3 A g^-1的電流密度下仍保持83.7%的初始電容（圖2）。這些結果表明，該電極材料與凝膠電解質在儲能領域具有重要的發展潛力。

圖2.（A）CoNi-OH/3D Ti₃C₂T_x和AC電極的循環伏安曲線；（B）設備在掃描速率為5至100 mV s^-1范圍內的循環伏安曲線；（C）設備在電流密度范圍為1至10 A g^-1時的GCD曲線；（D）設備的循環性能和庫侖效率；（E）我們的設備與其他相關設備的Ragone圖比較；（F）設備彎曲時的CV曲線；（G）設備彎曲時在3 A g^-1下的GCD曲線；（H）準固態設備的示意圖；（I）準固態CoNi-OH/3D Ti₃C₂T_x//PSPK//AC結構的示意圖

  文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2025.137948

2. 宋凱，吐爾遜·阿不都熱依木^*，如仙古麗·加瑪力：三維網絡互通結構Ti3C2Tx助力超級電容器的發展

  2024年，吐爾遜·阿不都熱依木教授課題組在《Chemical Engineering Journal》（中科院一區Top）在線發表題為“Unleashing the power of 3D Ti₃C₂T_x: A breakthrough in electrochemical energy storage”的研究論文。本文第一作者為2025級博士宋凱，通訊作者為吐爾遜·阿不都熱依木，通訊單位為新疆大學。

圖3. Ni-S/3D Ti₃C₂T_x@PDA 的合成流程示意圖

  Ti₃C₂T_x納米片堆疊的趨勢使得固定活性材料變得具有挑戰性，從而限制了存儲設備的性能。將二維Ti₃C₂T_x 集成到三維（3D）結構中被認為是實現超高性能超級電容器的重要但具有挑戰性的方法之一。在本工作中，該團隊以通過使用Ni-S/3D Ti₃C₂T_x @PDA制備電極材料（圖3）。3D Ti₃C₂T_x的構建是為了實現高比表面積并減少Ti₃C₂T_x的自堆積。選擇PDA來修飾3D Ti₃C₂T_x。PDA中的-OH 可以與3D Ti₃C₂T_x的功能基團形成非共價相互作用，以防止Ti₃C₂T_x氧化，從而加速電子轉移 ，并且PDA中的氮原子可以錨定Ni-S以避免其脫落，這導致了制備的復合材料的更好電化學性能。受益于獨特的三維網絡互連結構，Ni-S/3D Ti₃C₂T_x@PDA復合材料作為負極材料獲得了281.8 mAh g^-1（圖4）的比電容和優異的倍率性能。以 Ni-S/3D Ti₃C₂T_x @PDA為負極材料的非對稱超級電容器在1600 W kg^-1功率密度下實現了35.5 W kg^-1的高能量密度，并具有優異的循環穩定性，在3 A g^-1下具有 98.83 %的循環保持率和 84.98 %的容量效率，循環 10,000 次。綜上所述，該新型電極材料在超級電容器中具有巨大的發展潛力。

圖4. （a-b）循環伏安和恒流充放電曲線圖Ti₃C2Tx和3D Ti₃C₂T_x；（c）Ni-S/3D Ti₃C₂T_x@PDA的循環伏安曲線圖；（d）Ni-S/3D Ti₃C₂T_x@PDA電極的 log (i)與 log (v)關系圖；（e）Ni-S/3D Ti₃C₂T_x@PDA的恒流充放電曲線圖；（f）Ni-S/3D Ti₃C₂T_x@PDA在1-10A/g下的比電容；（g）Ni-S/3D Ti₃C₂T_x@PDA在1–10 mV s?1 下的電容貢獻；（h）Ni-S/3D Ti₃C₂T_x@PDA電極的奈奎斯特圖；（i）Ni-S/3D Ti₃C₂T_x@PDA電極的Z′與ω^-1/2 關系圖

  文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.153416

【作者介紹】

  吐爾遜·阿不都熱依木：博士生導師，新疆大學化學學院二級教授，高分子化學與物理學科負責人。研究聚焦于高分子結構調控與高性能化，致力于將高分子材料應用于能源、環境與催化轉化等關鍵領域，具體研究方向包括開發用于高效能源存儲與轉換器件的高分子復合材料、研發高性能通用高分子材料改性技術、設計用于環境污染物檢測吸附與降解的功能高分子材料，以及開發用于綠色高效催化轉化過程的新型高分子基催化劑或載體。至今以第一/通訊作者在Adv. Funct. Mater., Biosens. Bioelectron., Chem. Eng. J., J. Hazard. Mater, Carbon, Small, Compos. part B: Eng., Talanta, J. Power Sources, J. Colloid Interface Sci.等刊物上發表SCI論文近150余篇，論文被引用2800余次，H指數28。研究成果分別獲新疆維吾爾自治區自然科學一等獎、新疆大學第九屆科學研究優秀成果一等獎、新疆大學第一屆自然科學二等獎，第十四屆疆維吾爾自治區優秀論文三等獎等獎勵。

  如仙古麗·加瑪力：碩士生導師，新疆大學化學化工學院教授。主要從事高分子材料的高性能化與復合改性。至今以第一/通訊作者在Adv. Funct. Mater., Biosens. Bioelectron., Chem. Eng. J., Carbon, Small, Compos. Sci. Technol, J. Energy Storage, Constr. Build. Mater., Int. J. Biol. Macromol., Appl. Surf. Sci.等刊物上發表SCI論文115余篇，論文被引用1900余次，H指數24。

  李佳蓓：新疆大學化學學院2023級碩士研究生，師從吐爾遜·阿不都熱依木教授。研究方向為MXene基超級電容器的構筑及其性能研究，至今以第一作者在J. Colloid. Interf. Sci.刊物上發表SCI論文1篇。

  宋凱：新疆大學化學學院2025級博士研究生。研究方向為MXene基超級電容器的研究與應用。至今以第一作者在Adv. Funct. Mater., Chem. Eng. J.刊物上發表SCI論文2篇。曾榮獲2023-2024年度國家獎學金。