Molecular Engineering of MXene-Covalent-Triazine Framework Interfaces for Electrochemical Actuators

材料科学 共价键 纳米技术 电极 执行机构 电化学 三嗪 计算机科学 化学 高分子化学 有机化学 物理化学 人工智能
作者
Manmatha Mahato,Sanghee Nam,Geetha Valurouthu,Hyunjoon Yoo,Mousumi Garai,Ji‐Seok Kim,Woong Oh,Jawon Ha,Vipin Kumar,Chi Won Ahn,Yury Gogotsi,Il‐Kwon Oh
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (28): 25757-25769 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c04154
摘要

Developing multifunctional nanomaterials for soft electrochemical actuators and energy storage devices is crucial for advancing next-generation soft robotics, wearable electronics, and bioinspired technologies. However, existing electrode materials face fundamental trade-offs among electronic conductivity, charge storage capacity, and ion transport efficiency. Here, we report a molecularly engineered hybrid nanoarchitecture that achieves the physicochemical stabilization of MXene terminals by the in situ growth of 4H-pyran functionalized, electronically conjugated covalent-triazine frameworks (MXene-CTF). The integration of MXene and CTFs forms a synergistic active electrode for superior supercapacitors and actuators by offering significantly enlarged interactive surface areas, a well-developed network of nanoporous channels, and enhanced electrical conductivity. The MXene-CTF electrode provides an eminent energy density of 159.8 Wh kg-1 at a power density of 150 W kg-1 in a supercapacitor configuration with a nonaqueous ionic liquid electrolyte. Also, it achieves a bending strain of 1.1% and a blocking force of 5.8 mN, with a rapid response time of 1.4 s and a phase delay of 0.15 rad under an ultralow input potential of 0.5 V in a soft actuator configuration. This work unveils a strategy for the molecular-level synergistic integration of MXene with CTFs, offering a promising pathway for the development of high-performance energy storage and electrochemical actuation technologies.
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