近日，南京林業(yè)大學(xué)生物質(zhì)納米流體及3D打印課題組在材料領(lǐng)域國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Advanced Functional Materials（中文譯名《先進(jìn)功能材料》，影響因子18.808）發(fā)表了題為 “3D Printed Ti3C2Tx MXene/Cellulose Nanofiber Architectures for Solid-State Supercapacitors: Ink Rheology, 3D Printability and Electrochemical Performance”的研究論文。博士生周國(guó)強(qiáng)為論文第一作者，李美春教授、梅長(zhǎng)彤教授為共同通訊作者，南京林業(yè)大學(xué)為第一完成單位。該成果得到了江蘇特聘教授科研啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)、江蘇省自然科學(xué)基金、江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金、南京林業(yè)大學(xué)標(biāo)志性成果培育項(xiàng)目等資助。

直接墨水書寫式3D打印技術(shù)可將二維MXene納米片按需定制成復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，然而大多數(shù)MXene墨水的流變性能較差，不能滿足3D打印的需求，且干燥后的MXene納米片容易發(fā)生自堆疊現(xiàn)象，不利于離子傳輸和擴(kuò)散，進(jìn)而影響3D打印器件的電化學(xué)性能。

針對(duì)上述問題，李美春教授、梅長(zhǎng)彤教授研究團(tuán)隊(duì)制備了一系列不同形貌和表面電荷密度的木質(zhì)纖維素納米纖維(CNF)，用于改善MXene墨水的流變性能以及抑制MXene納米片的自堆疊，并結(jié)合3D打印和冷凍干燥技術(shù)，成功定制了一系列具有高形狀保真度和幾何精度的3D多孔架構(gòu)，構(gòu)建了具備優(yōu)異電化學(xué)性能的固態(tài)插式電容器。研究發(fā)現(xiàn)，一維CNF與二維MXene之間通過氫鍵形成了凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而使復(fù)合墨水具有高屈服應(yīng)力和動(dòng)態(tài)粘彈性、獨(dú)特的剪切變稀行為和優(yōu)異的觸變性，賦予了復(fù)合墨水優(yōu)異的3D可打印性。同時(shí)，3D打印電極內(nèi)部具有多層級(jí)孔結(jié)構(gòu)，提高了表面積可及性，降低了MXene片層的堆疊，并為離子傳輸和擴(kuò)散提供了有效的途徑，使3D打印固態(tài)插式電容器具備出色的電化學(xué)性能。該研究為納米纖維素的高值化利用及電化學(xué)儲(chǔ)能器件的個(gè)性化定制提供了新的思路。