日益增长的清洁及可持续能源需求，正推动能量存储器件的快速发展。作为一种新型能量储存器件，电化学电容器(又称超级电容器)因其能量密度高于传统静电电容器, 功率密度和循环寿命优于二次电池，引发了广泛的关注[1-2]。根据电荷存储机制，超级电容器可分为2类：双电层电容器和赝电容器。前者通常以碳材料为电极材料，通过电解液/电极界面的电荷积累实现能量存储，后者则常用过渡金属氧化物和导电聚合物，在充放电过程中通过在电极材料表面或近表面的氧化还原反应实现电荷存储[3-4]。由于电极材料对超级电容器的性能起着至关重要的作用，大量研究致力于设计和制备具有新型纳米结构的杂化材料，从而有效提升了超级电容器的储能性质。
在导电聚合物中，聚(3，4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)因电导率高、易合成、成本低且环境稳定性好等优点被广泛用作超级电容器电极材料[5]。然而，PEDOT在聚合过程中易聚集生长，导致其呈现紧凑致密的微观形貌，这不利于电解液在其内部的扩散[6]。此外，PEDOT还存在循环寿命较差的问题，主要是由于在充放电循环过程中，电解质阴离子的掺杂/脱掺杂会导致聚合物反复溶胀与收缩，使其结构受到破坏[7]。研究人员为解决PEDOT电极材料面临的这2个问题，采取的措施包括制备具有新型微观结构的PEDOT，以及将PEDOT与其他电容材料复合以提升其循环性能。在制备具有独特微观结构的PEDOT方面，已有包括PEDOT空心纳米球[8]、纳米管[9]、纳米棒[10]和纳米纤维[11]等的报道。而在制备复合物方面，已开发出PEDOT/碳纳米管[12]、PEDOT/石墨烯[13]、PEDOT/WS₂[14]等体系。
自2004年石墨烯被发现以来，二维材料因其高比表面积、柔韧性、优异的电子与光学性能等优势而得到了广泛关注。近年来，一类新型的二维过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物(MXenes)应运而生[15]。其中一种代表性材料是Ti3C2Tx MXene，其具有高的比表面积和优异的电子导电性，并且表面带有丰富的羟基(—OH)、氧基(—O)和氟基(—F)等带负电荷的官能团，使其能够稳定分散于水性介质中。为提升PEDOT的电化学性能，近年来研究人员发展了一些方法来制备PEDOT/MXene复合材料[16-18]。然而，目前报道的材料大多采用化学法合成，所制得的PEDOT/MXene复合物为粉末状，需先与黏结剂混合制成浆料，再涂覆于集流体上并压制，最终获得相应电极。而绝缘黏结剂的引入会导致电活性材料电化学性能的下降。与之相比，电合成法是一种更具吸引力的策略，该方法可通过在集流体上直接生长电活性材料，制备无黏结剂电极，进而提升电极的电化学性能。刘娟娟等[19]采用两步法在不锈钢基底上制备了PEDOT/MXene复合电极：首先通过电泳沉积MXene，再在其表面电聚合沉积PEDOT。然而，这种分步制备方法较为繁琐，且限制了PEDOT与MXene两相之间的有效复合。因此，发展一步电聚合法直接构建PEDOT/MXene复合电极，对于简化制备流程以及促进两相均匀复合具有重要意义，但目前通过一步电聚合法制备PEDOT/MXene复合材料用于电化学储能的研究尚未有报道。
通过电合成制备电极的过程可在多种条件下进行，包括不同的聚合模式(如恒电流模式、恒电位模式)及各模式下的聚合参数(如聚合电位、聚合电流密度)。先前的研究表明电合成条件对所制备电极的电化学性能具有显著影响。因此有必要探究电聚合条件对所制备PEDOT/MXene复合电极电化学性能的影响。为此，我们系统探究了10种不同电聚合条件，以获得具有优异电化学电容性能的PEDOT/MXene电极。通过粉末X射线衍射(PXRD)、X射线光电子能谱(XPS)、红外光谱(IR)、原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)对电极材料的组成、结构和形貌进行表征。并通过电化学测试对电极的超级电容行为进行对比研究。结果表明，PEDOT/MXene电极的电容性能与制备条件密切相关，其中，采用1 mA·cm-2的恒电流法制备的电极展现出最优的电容性能。在0.5 mA·cm-2的电流密度下，展示了236.3 mF·cm-2的面积电容(Ca)，是PEDOT电极的2.3倍。另外，在10 000次循环后，PEDOT/MXene电极保持了初始电容的87.8%，而PEDOT电极仅保持了初始电容的42.5%。
如图 1a所示，通过HF对Ti3AlC2进行刻蚀以获得少层Ti3C2Tx MXene悬浮液。具体过程：取1.6 g氟化锂和20 mL浓度为9 mol·L-1的盐酸，置于聚四氟乙烯烧杯中，在加热搅拌条件下溶解。随后，向烧杯中缓慢加入1 g Ti3AlC2，持续搅拌反应48 h。反应结束后，将混合物转移至离心管中，经多次离心与洗涤，直至上层清液pH值约为6，得到多层Ti3C2Tx沉淀。进一步通过摇动、超声分散以及离心分离等操作，获得黑色上层悬浮液。最终收集该上层液，即得到少层Ti3C2Tx MXene悬浮液。
PEDOT/MXene复合电极通过一步电聚合法在三电极体系中制备。工作电极为石墨纸(导电面积为1 cm×1 cm)，参比电极为Ag/AgCl电极，对电极为铂片。聚合溶液为含有2 mg·mL-1 MXene和0.01 mol·L-1 EDOT单体的水溶液，使用前经充分超声混合。为探究不同电聚合条件对所制备电极电化学性能的影响，本研究采用了恒电位与恒电流2种电聚合模式共计10组不同聚合参数制备电极。恒电位模式下，聚合电位分别设为0.9、1.0、1.1、1.2及1.3 V(相对于Ag/AgCl电极)，总聚合电荷密度为2 C·cm-2。恒电流模式下，聚合电流密度分别为0.5、1、2、3和4 mA·cm-2，总聚合电荷密度同样保持在2 C·cm-2。制备作为对照的PEDOT电极在含有0.01 mol·L-1 EDOT单体和0.1 mol·L-1的十二烷基硫酸钠的聚合溶液中进行，聚合电流密度为1 mA cm-2，聚合电荷密度控制在2 C·cm-2。
傅里叶变换红外光谱(FTIR)在Bruker Tensor 27型傅里叶变换红外光谱仪上采集。XPS测试采用ThermoFisher Scientific公司ESCALAB 250Xi型能谱仪采集，其配备单色Al Kα激发源(λ=0.834 nm)。PXRD图通过Rigaku Ultima Ⅳ衍射仪获取，其使用Cu Kα辐射(λ=0.154 06 nm)，工作电压和电流分别为40 kV和40 mA，扫描范围2θ为5°~80°。为避免石墨基底对测试结果造成干扰，用于FTIR、XPS和XRD分析的样品均以导电玻璃为基底进行制备。样品的微观形貌通过JEOL JSM-6701F型场发射扫描电子显微镜进行观察。此外，利用Bruker Multi-Mode 8原子力显微镜对样品表面拓扑形貌进行表征，并采用NanoScope Analysis软件计算其均方根(RMS)粗糙度。
电化学测试在辰华CHI 660e电化学工作站上采用三电极体系进行，其中，参比电极为Ag/AgCl电极，对电极为Pt片，测试电解液为1 mol·L-1 H2SO4。电化学阻抗谱(EIS)以施加相对于开路电位的5 mV正弦信号进行测试，测试的频率范围为100 kHz~0.01 Hz。基于所获得的循环伏安(CV)和恒电流充放电(GCD)曲线，分别通过以下公式1和2计算电极的Ca(F·cm-2)：
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(1) |
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(2) |
其中，∫IdV为CV曲线包围的积分面积；S为电极面积(固定为1 cm2)；ΔV为电位窗口(V)；v为CV扫描速率(V·s-1)；I为放电电流(A)；t为放电时间(s)。
图 1b展示了由EDOT单体和MXene制备PEDOT/MXene复合电极的过程。在电聚合过程中，表面带有丰富羟基(—OH)、氧基(—O)和氟基(—F)等负电荷官能团的MXene作为PEDOT链电荷平衡的对离子/掺杂剂，使得其能作为模板促使PEDOT在其表面聚合生长，形成PEDOT涂层。图 2a展示了MXene、PEDOT、PEDOT/MXene的FTIR光谱。对于Ti3C2Tx MXene的谱图，1 625 cm-1处的特征峰对应于—OH的弯曲振动，1 384 cm-1对应于C—H的弯曲振动，1 040 cm-1为C—O的伸缩振动，715 cm-1对应于Ti—C振动，547 cm-1则源自Ti—O的弯曲振动。对于PEDOT的谱图，1 517和1 358 cm-1处的峰分别对应噻吩环的C=C键和C—C键伸缩振动，1 197和1 050 cm-1处的峰源于乙撑二氧环的伸缩振动，688、839和980 cm-1处的峰则对应C—S键的振动[20]。在PEDOT/MXene的谱图中，同样出现了这些PEDOT的特征峰，表明复合物中PEDOT的存在。不同之处在于，PEDOT在1 358 cm-1处的峰红移至PEDOT/MXene的1 330 cm-1处，这一红移现象可能归因于MXene纳米片与PEDOT噻吩环之间存在氢键和静电相互作用[21]。这2种相互作用协同增强了PEDOT/MXene复合材料的界面结合与电荷传输，有助于提升复合电极的电化学性能。图 2b展示了MXene、PEDOT以及PEDOT/MXene的XPS谱图。可以看出，PEDOT/MXene展示了来自PEDOT的S2s和S2p峰，以及来自MXene的Ti2p和F1s峰，这进一步表明了PEDOT/MXene复合物的成功制备。图 2c为MXene、PEDOT以及PEDOT/MXene的PXRD图。MXene纳米片在5.7°和60.5°处出现明显特征峰，分别对应于(002)和(110)晶面，而39.4°处的特征峰几乎消失，这表明MXene纳米片的成功制备[22]。PEDOT在25.9°处出现一个宽峰，表明其具有无定形结构[23]。PEDOT/MXene在25.9°处也出现了相同的峰，该峰来源于PEDOT。另外，在5.7°和60.5°处出现衍射峰，分别对应于MXene的(002)和(110)晶面。
为了获得具有优异电化学电容性能的PEDOT/MXene电极，我们详细探究了10种不同电聚合条件对所制备电极电容性能的影响。图 3a为恒电位聚合制备电极的Ca与CV扫描速率的关系图。明显地，聚合电位对所制备电极的电容性能有显著影响，其中，1.0 V(vs Ag/AgCl)电位下聚合得到的电极在所有CV扫描速率下均表现出最大的Ca。图 3b为恒电位聚合制备的PEDOT/MXene电极在扫描速率50 mV·s-1下的Ca与聚合电位的关系图。由图可知，随着聚合电位的升高，Ca先增加后减小，这表明适中的聚合电位有助于提升电极的电容性能。同样地，图 3c显示，聚合电流密度对电极的电容性能也有显著影响。其中，采用电流密度1 mA·cm-2制备的电极获得了最大的Ca，并且PEDOT/MXene电极的Ca明显高于PEDOT电极，这表明MXene的引入显著提升了PEDOT电极的储能性质。此外，对比图 3a和3c可知，PEDOT/MXene-1 mA电极的Ca高于PEDOT/MXene-1 V电极，表明恒电流聚合模式更有利于提升电极的电容性能。图 3d为恒电流制备的PEDOT/MXene电极在50 mV·s-1下的Ca与聚合电流密度的关系图。与恒电位模式制备电极的测试结果一致，随着聚合电流密度的增加，Ca先增大后减小，说明适中的聚合电流密度有利于提升PEDOT/MXene电极的电容性能。由于PEDOT/MXene-1 V和PEDOT/MXene-1 mA电极分别展示了恒电位和恒电流聚合模式所制备电极最优的电容性能，在下文中，我们分别将其简写为P-PEDOT/MXene和G-PEDOT/MXene。
图 4展示了PEDOT、P-PEDOT/MXene以及G-PEDOT/MXene电极的SEM图片。PEDOT、P-PEDOT/MXene以及G-PEDOT/MXene电极活性物质的负载量分别为1.03、1.15和1.12 mg·cm-2。可以看出，聚合模式对复合材料的表面形貌具有显著影响。如图 4a所示，PEDOT呈现了“花椰菜状”的致密形貌，这种紧凑的微结构会阻碍电解液与聚合物内部活性位点的接触，从而限制其储能性质。图 4b和4c表明PEDOT与MXene复合后，“花椰菜状”PEDOT的紧凑结构消失，2种PEDOT/MXene复合材料均呈现MXene纳米片的卷曲形貌。这是因为在电聚合过程中，PEDOT以涂层形式包覆在大比表面积的MXene纳米片上，使得PEDOT涂层在MXene表面实现分散分布，这种卷曲且分散的形貌有利于PEDOT与电解液的接触，并缩短电解液扩散距离，从而让更多具有高赝电容的PEDOT参与电荷存储。另外，MXene高的电导率也能促进PEDOT的电荷传输，从而实现整个复合体系快速的电子/离子传输。进一步对比图 4b和4c能发现，与P-PEDOT/MXene相比，G-PEDOT/MXene的卷曲形貌更明显。这是因为P-PEDOT/MXene中的PEDOT涂层分布相对密集，覆盖了MXene的卷曲微观结构，而G-PEDOT/MXene中的PEDOT涂层分布更分散，能更好地保留MXene的卷曲形貌，从而有利于增大电极的电活性面积，使更多的PEDOT得以利用。为深入探究不同聚合模式对所制备电极表面拓扑结构的影响，我们通过AFM对P-PEDOT/MXene和G-PEDOT/MXene进行了表征。图 5a和5b分别展示了P-PEDOT/ MXene与G-PEDOT/MXene的三维AFM图。可以观察到，G-PEDOT/MXene具有显著起伏的表面形貌，其粗糙度也因此明显更高(图 5c)。这表明，恒电流模式制备的PEDOT/MXene具有更高的粗糙度。更高的粗糙度能增大电活性材料与电解质的接触面积，从而促使更多电活性材料参与电荷存储过程。
图 6a为PEDOT、P-PEDOT/MXene和G-PEDOT/MXene电极在10 mV·s-1扫描速率下的CV曲线。可以看出，与PEDOT相比，P-PEDOT/MXene和G-PEDOT/MXene电极的CV曲线包围面积显著增大，表明通过引入MXene显著提升了PEDOT电极的电容性能。此外，可以看到G-PEDOT/MXene电极展示了比P-PEDOT/MXene电极更大的CV面积，证实了恒电流聚合制备的PEDOT/MXene电极具有更优的储能性质。如图 6b所示，随着扫描速率的增加，G-PEDOT/MXene电极的响应电流显著增加，并且在200 mV·s-1的扫速下其CV曲线仍展现了接近矩形的形状，表明了其快速的电荷传输动力学速率。通过GCD测试进一步对比了电极的电容性能，图 6c为3种电极在1 mA·cm-2电流密度下的GCD曲线。可以看出，3条曲线均呈类似三角形形状，但G-PEDOT/MXene电极的放电时间最长，因此具有最高的面积电容。另外，2类PEDOT/MXene电极均展示出比PEDOT电极更低的IR降，这进一步证明MXene的高电导率促进了PEDOT的电荷传输，使得电极具有更小的内阻，这将有助于减少充放电过程中的热量损耗，从而为储能器件节省更多能量[24]。
图 6d显示，在所有GCD电流密度下，PEDOT/MXene电极的Ca均显著高于PEDOT电极。其中，G-PEDOT/MXene电极获得了最高的Ca，在0.5 mA·cm-2的电流密度下，其Ca为236.3 mF·cm-2，是PEDOT电极的2.3倍，并且该数值高于近期报道的多种PEDOT基超级电容器电极的Ca值(表 1)[25-32]。此外，当电流密度从0.5 mA·cm-2增加至20 mA·cm-2时，G-PEDOT/MXene电极的电容保持率为67.7%，高于P-PEDOT/MXene电极的60.9%和PEDOT电极的45.1%，表明G-PEDOT/MXene电极具有更优的倍率性能。图 7a为PEDOT、P-PEDOT/MXene和G-PEDOT/MXene电极的EIS图。3种电极在低频区均呈现垂直趋势，这是具有电容特性的典型表现。而曲线越倾向于y轴，表明其性能越接近于理想电容。可以看到，G-PEDOT/MXene电极的曲线更倾向于y轴，表明其电化学行为更接近于理想电容器[33]。高频区在x轴的截距对应于等效串联电阻(Re)，该参数可用于评估电极的倍率性能[34]。图 7a的插图显示，G-PEDOT/MXene电极展示了最小的Re值。EIS测试结果进一步证实了MXene的掺入显著提升了PEDOT电极的电化学性能，并且恒电流制备的PEDOT/MXene电极展示了更优的电容性能，这与CV和GCD的测试结果一致。这可归因于电聚合过程中，PEDOT以涂层形式均匀分散于高比表面积的MXene纳米片表面，形成卷曲且分散的复合结构。该结构不仅有利于电解液与PEDOT充分接触，缩短离子扩散路径，提高PEDOT的利用率。同时由于MXene的高导电性，进一步促进了复合体系内电荷的快速传输。而恒电流聚合的PEDOT/MXene电极具有更加均匀分散的PEDOT涂层，从而更好地保留了MXene的卷曲形貌，这使得更多的PEDOT得以利用。并且恒电流模式制备的PEDOT/MXene具有更高的粗糙度，从而进一步提升其电容性能。
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| Electrode material | Test condition | Electrolyte | Ca / (mF·cm-2) | Ref. |
| PEDOT/MXene | 0.5 mA·cm-2 | 1 mol·L-1 H2SO4 | 236.3 | This work |
| PEDOT-LIG | 0.04 mA·cm-2 | 0.5 mol·L-1 LiClO4 | 38.93 | [25] |
| PEDOT/PEDOP | 5 mV·s-1 | 0.1 mol·L-1 pTS | 42.2 | [26] |
| PEDOT/Ti3C2Tx | 1 mA·cm-2 | 1 mol·L-1 H2SO4 | 41.55 | [27] |
| NbOPO4/PEDOT/CNT | 1 mA·cm-2 | 1 mol·L-1 H2SO4 | 110 | [28] |
| SEBS/AgNW/PEDOT | 0.5 mA·cm-2 | 1 mol·L-1 Na2SO4 | 52.2 | [29] |
| PEDOT∶PSS/WS2 | 0.5 mA·cm-2 | 1 mol·L-1 H2SO4 | 118 | [30] |
| PEDOT/Nafion | 0.1 mA·cm-2 | 1 mol·L-1 Na2SO4 | 11.9 | [31] |
| PEDOT/MnOX | 1 mA·cm-2 | 1 mol·L-1 Na2SO4 | 207.43 | [32] |
对于超级电容器的实际应用而言，电极的循环寿命是其关键性能指标之一。图 7b为PEDOT、P-PEDOT/MXene、G-PEDOT/MXene电极在50 mV·s-1下的CV循环性能曲线。可以看到，2种PEDOT/ MXene电极的面积电容在循环测试的前3 000圈左右均有所提升，这是因为亲水性的MXene纳米片会在循环过程中逐渐润湿电极表面，从而增大电活性面积。10 000次循环后，G-PEDOT/MXene和P-PEDOT/MXene电极的电容保持率分别为87.8%和84.6%，表现出优异的循环性能。相比之下，PEDOT电极的电容保持率仅为42.5%，这是由于电解液中阴离子的反复掺杂/脱掺杂导致PEDOT在循环过程中发生反复的溶胀与收缩，进而造成电极材料受到破坏。2种PEDOT/MXene电极的循环性能显著提升，原因在于引入的MXene纳米片不仅为PEDOT提供了额外的机械支撑，还为PEDOT的体积溶胀/收缩预留了充足空间[35]。此外，G-PEDOT/MXene电极的循环稳定性优于P-PEDOT/MXene电极，这可能是因为其更明显的MXene卷曲结构为PEDOT的体积变化提供了更大的缓冲空间。
我们通过简易的一步电聚合方法成功制备了用于超级电容器的PEDOT/MXene复合电极。与形貌紧凑的PEDOT相比，PEDOT/MXene复合材料的电化学性能得到了显著提升。这是因为PEDOT以涂层形式包覆在MXene纳米片表面，实现了PEDOT的分散分布。更重要的是，研究发现电聚合条件对PEDOT/MXene复合电极的电化学性能具有显著影响。恒电流聚合制备的电极性能优于恒电位聚合的电极，这源于前者促进了PEDOT涂层更加均匀的分布。其中，以1 mA·cm-2恒电流密度制备的PEDOT/MXene电极展现出最优的电化学电容性能，不仅实现了236.3 mF·cm-2的高面积电容，还具有良好的倍率性能和优异的循环性能(10 000次循环后电容保持率为初始电容的87.8%)。本研究为显著提升PEDOT电极的电化学电容性能以及循环稳定性提供了可行策略，促进了PEDOT与MXene在高性能储能电极中的应用。
HAN J B, SONG Y X, LI J B, WANG B, ZHANG J, LI S Y, WANG X W, LI N, SHENG X R, SHI H Q. Lignin nanoparticles mediated self-adhesive and conductive hydrogel electrolytes for high-performance flexible supercapacitors[J]. Chem. Eng. J., 2025, 525: 170066 doi: 10.1016/j.cej.2025.170066
ZHANG P, WANG Z Y, ZHANG H J, USMAN K A, HEGH D, CHEN S S, YANG F L, ZHONG Z L, NAEBE M, WANG X. Integrated textile supercapacitors enhanced with energy-absorbing spacer fabrics and Ti3C2Tx MXene[J]. Adv. Funct. Mater., 2024, 34: 2403601 doi: 10.1002/adfm.202403601
何杉杉, 何婷婷, 周紫君, 阿孜古丽·木尔赛力木. 导电共轭聚合物与碳布复合制备高能量密度和功率密度电极[J]. 高分子学报, 2024, 55(8): 1044-1058.HE S S, HE T T, ZHOU Z J, MUSLIM A. Preparation of high energy density and power density electrodes by composite of conductive conjugated polymers and carbon cloth[J]. Acta Polym. Sin., 2024, 55(8): 1044-1058
隋光辉, 程岩岩. 稻壳基活性炭负载MgO复合材料在对称超级电容器中的应用[J]. 无机化学学报, 2025, 41(3): 521-530. doi: 10.11862/CJIC.20240221SUI G H, CHENG Y Y. Application of rice husk-based activated carbon-loaded MgO composite for symmetric supercapacitors[J]. Chinese J. Inorg. Chem., 2025, 41(3): 521-530 doi: 10.11862/CJIC.20240221
HOSSEINI S, UDUM Y A, TOPPARE L. High-performance bifunctional electrochromic-supercapacitor devices based on indole derivative copolymerized with 3, 4-ethylenedioxythiophene[J]. Electrochim. Acta, 2025, 536: 146667 doi: 10.1016/j.electacta.2025.146667
HRYNIEWICZ B M, WINNISCHOFER H, VIDOTTI M. Interfacial characterization and supercapacitive behavior of PEDOT nanotubes modified electrodes[J]. J. Electroanal. Chem., 2018, 823: 573-579 doi: 10.1016/j.jelechem.2018.07.008
HAN Y Q, DAI L M. Conducting polymers for flexible supercapacitors[J]. Macromol. Chem. Phys., 2019, 220: 1800355 doi: 10.1002/macp.201800355
ZHANG S H, REN J Y, ZHANG Y, PENG H C, CHEN S, YANG F, CAO Y. PEDOT hollow nanospheres for integrated bifunctional electrochromic supercapacitors[J]. Org. Electron., 2020, 77: 105497 doi: 10.1016/j.orgel.2019.105497
CAI Y, WANG R, XU L M, JIANG F X, LIANG A Q, DUAN X M, XU J K, ZHOU W Q, XU Q, LU X Y. Self-assembly of reverse micelles to engineer PEDOT nanoribbons, nanotubes, nanorods and their high capacitance performances[J]. J. Electrochem. Soc., 2020, 167: 080538 doi: 10.1149/1945-7111/ab91c6
ZHUANG B Y, ZHANG Q Q, ZHOU K L, WANG H. Preparation of a TiO2/PEDOT nanorod film with enhanced electrochromic properties[J]. RSC Adv., 2023, 13: 18229-18237 doi: 10.1039/D3RA01701J
JIMOH M F, EL-KADY M F, CARSON G S, ANDERSON M B, DUONG Q, KANER R B. Template-free route to PEDOT nanofibers for 3D electrodes with ultrahigh capacitance and excellent cycling stability[J]. Energy Storage Mater., 2023, 61: 102850 doi: 10.1016/j.ensm.2023.102850
PAL M, SUBHEDAR K M. Biscrolled hierarchical hybrid structure of PEDOT: PSS/CNTs-NMP yarn based solid state linear supercapacitor for wearable e-textile[J]. Carbon, 2024, 229: 119552 doi: 10.1016/j.carbon.2024.119552
LIU X T, MA Y Y, SI Y, LI X Z, LI X R, LI J F. Scalable fabrication of flexible 3D PEDOT/rGO scaffold for high-performance supercapacitors via a self-assembly method[J]. Electrochim. Acta, 2024, 508: 145276 doi: 10.1016/j.electacta.2024.145276
GUPTA K, SINGH N, SINGH R S, AZAD U P, SINGH A K. Solution-processable PEDOT: 1PSS/WS2 nanocomposite electrodes for high-performance supercapacitors[J]. J. Energy Storage, 2024, 103: 114348 doi: 10.1016/j.est.2024.114348
薛艳辉, 晁少飞, 徐曼, 吴琼, 伍复发, MUHAMMAD SUFYAN JAVED. 空位缺陷调控策略构筑高能量密度六方孔洞MXene水系超级电容器[J]. 无机化学学报, 2024, 40(9): 1640-1652.XUE Y H, CHAO S F, XU M, WU Q, WU F F, MUHAMMAD S J. Construction of high energy density hexagonal hole MXene aqueous supercapacitor by vacancy defect control strategy[J]. Chinese J. Inorg. Chem., 2024, 40(9): 1640-1652
CHEN Z X, HAN Y Q, LI T X, ZHANG X W, WANG T Q, ZHANG Z L. Preparation and electrochemical performances of doped MXene/poly(3, 4-ethylenedioxythiophene) composites[J]. Mater. Lett., 2018, 220: 305-308 doi: 10.1016/j.matlet.2018.03.049
MA Y Y, XU K Z, LIU X T, YAO S, LI X Z, SI Y, LI X R. 3D porous PEDOT/MXene scaffold toward high-performance supercapacitors[J]. Chem. Eng. J., 2024, 496: 154348 doi: 10.1016/j.cej.2024.154348
LIU Z Z, WANG L, XU Y X, GUO J Y, ZHANG S Y, LU Y. A Ti3C2TX@PEDOT composite for electrode materials of supercapacitors[J]. J. Electroanal. Chem., 2021, 881: 114958 doi: 10.1016/j.jelechem.2020.114958
刘娟娟, 轩晓蝶, 杜子富, 刘潞潞, 高楼军, 高晓明, 简选. 聚(3, 4-乙烯二氧噻吩)/MXene复合材料的制备及电容性能研究[J]. 功能材料, 2024, 3(55): 3213-3221.LIU J J, XUAN X D, DU Z F, LIU L L, GAO L J, GAO X M, JIAN X. Synthesis of poly(3, 4-ethylenedioxythiophene)/MXene composite material and its capacitance properties research[J]. Funct. Mater. 2024, 3(55): 3213-3221
GHARSALLAH F, GHORBEL N, PUTAUX J L, PILARD J F, DANIEL P, BOUFI S. Harnessing chitin nanocrystals and PEDOT nanocomposites: Toward eco-friendly conductive materials for supercapacitor applications[J]. J. Energy Storage, 2025, 134: 118181 doi: 10.1016/j.est.2025.118181
HAN Y Q, DING B, TONG H, ZHANG X G. Capacitance properties of graphite oxide/poly(3, 4-ethylene dioxythiophene) composites[J]. J. Appl. Polym. Sci., 2011, 121: 892-898 doi: 10.1002/app.33610
KHAN A J, DING H, ZHANG Y, ZHANG D, GAO L, ZHAO G. NiCo2O4@MXene composite electrodes: Unveiling high-performance asymmetric supercapacitor capabilities through enhanced redox activity[J]. Chem. Eng. J., 2025, 6: 160287
LI Z H, ZHOU J K, XIAO L J, WANG Y, ZHOU S, CHEN Y. Facile synthesis of Co3O4@N-pc/PEDOT composites for supercapacitor electrode[J]. J. Alloy. Compd., 2024, 1003: 175553 doi: 10.1016/j.jallcom.2024.175553
DAI F N, WANG X K, ZHENG S H, SUN J P, HUANG Z D, XU B, FAN L L, WANG R M, SUN D F, WU Z S. Toward high-performance and flexible all-solid-state micro-supercapacitors: MOF bulk vs MOF nanosheets[J]. Chem. Eng. J., 2021, 413: 127520 doi: 10.1016/j.cej.2020.127520
DU L J, QUAN B, XU Z X, SUN X, LUO Y, TRAVAS-SEJDIC J, ZHU B C. Biomass-derived laser-induced graphene doped with nitrogen and sulfur for enhanced supercapacitor performance[J]. Carbon, 2025, 238: 120225 doi: 10.1016/j.carbon.2025.120225
SKORUPA M, CAO E, BARYLSKI A, SHAKIBANIA S, PLUCZYK-MAŁEK S, SIWY Z, KRUKIEWICZ K. Layer-by-layer approach to improve the capacitance of conducting polymer films[J]. Adv. Electron. Mater., 2025, 11: 202400761
ZHENG S H, SUN J Q, HU W Z, CHEN K Q, YANG S W, LI M Q, AN H R. Electrochemical deposition of PEDOT/MXene composite films for supercapacitor electrodes[J]. J. Phys. Conf. Ser., 2025, 2941: 012104
SONG J J, ROY A; LIU C, HAO Q L, MANDLER D. Electropolymerization-induced NbOPO4 nanoparticle electrodeposition for hybrid supercapacitors[J]. ACS Appl. Energy Mater., 2025, 8: 8027-8035 doi: 10.1021/acsaem.5c00432
LI M, PENG W, YE C F, ZHAO L Q, ZHU J X, MEI C H, LI X Y. Electrospray and assembly of PEDOT: PSS on silver nanowires for multifunctional stretchable electronic membranes[J]. ACS Appl. Electron. Mater., 2025, 7: 1448-1461 doi: 10.1021/acsaelm.4c01973
GUPTA K, SINGH N, SINGH R S, AZAD U P, SINGH A K. Solution-processable PEDOT: PSS/WS2 nanocomposite electrodes for high- performance supercapacitors[J]. J. Energy Storage, 2024, 103: 114348 doi: 10.1016/j.est.2024.114348
SKORUPA M, KARON K, MARCHINI E, CARAMORI S, PLUCZYK-MALEK S, KRUKIEWICZ K, CARLI S. PEDOT: Nafion for highly efficient supercapacitors[J]. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2024, 16: 23253-23264
LIU P W, SUN S Y, WANG T F, SHEN X J, ZHU M Y. Passivation of silicon nanowires with Ni particles and a PEDOT/MnOX composite for high-performance aqueous supercapacitors[J]. Energy Adv., 2024, 3: 1111-1120 doi: 10.1039/D3YA00594A
MERIN P, JIMMY JOY P, MURALIDHARAN M N, VEENA GOPALAN E, SEEMA A. Biomass-derived activated carbon for high-performance supercapacitor electrode applications[J]. Chem. Eng. Technol., 2021, 44: 844-851 doi: 10.1002/ceat.202000450
WANG R, WANG H J, ZHOU Y, GAO Z Y, HAN Y, JIANG K, ZHANG W C, WU D P. Green synthesis of N-doped porous carbon/carbon dot composites as metal-free catalytic electrode materials for iodide‑mediated quasi‑solid flexible supercapacitors[J]. Inorg. Chem. Front., 2022, 9: 2530-2543 doi: 10.1039/D2QI00017B
LEI S, LIU X F, ZHANG X F, HUANG Z Y, HE C E, YANG Y K. One-pot hydrothermal approach to graphene/poly(3, 4-ethylenedioxythiophene) composites for high-capacitance supercapacitors[J]. Mater. Today Commun., 2019, 20: 100549 doi: 10.1016/j.mtcomm.2019.100549
图 1 (a) Ti3C2Tx MXene的合成过程及(b)一步电聚合法制备PEDOT/MXene电极的示意图
Figure 1 Schematic diagram of (a) the synthesis of Ti3C2Tx MXene and (b) one-pot preparation of PEDOT/MXene electrode by electropolymerization
图 2 MXene、PEDOT及PEDOT/MXene的(a) FTIR谱图、(b) XPS谱图和(c) PXRD图
Figure 2 (a) FTIR spectra, (b) XPS spectra, and (c) PXRD patterns of MXene, PEDOT, and PEDOT/MXene
图 3 (a) 不同聚合电位和(c) 不同聚合电流密度下制备的PEDOT/MXene复合电极的面积电容与CV扫速之间的关系曲线; PEDOT/MXene电极通过50 mV·s-1扫速CV测试的面积电容随(b) 聚合电位和(d) 聚合电流密度的变化曲线
Figure 3 Dependence of areal capacitance on CV scan rate for PEDOT/MXene hybrid electrodes prepared at (a) different potentials and (c) different current densities; Variation of areal capacitance tested by CV at 50 mV·s-1 of PEDOT/MXene electrodes as a function of (b) polymerization potential and (d) polymerization current density
图 4 (a) PEDOT、(b) P-PEDOT/MXene和(c) G-PEDOT/MXene电极的SEM图
Figure 4 SEM images of (a) PEDOT, (b) P-PEDOT/MXene, and (c) G-PEDOT/MXene electrodes
图 5 (a) G-PEDOT/MXene和(b) P-PEDOT/MXene电极的AFM图片及(c) 其相应的RMS粗糙度
Figure 5 AFM images of (a) G-PEDOT/MXene and (b) P-PEDOT/MXene electrodes, and (c) their corresponding RMS roughness
图 6 (a) PEDOT、P-PEDOT/MXene以及G-PEDOT/MXene电极在10 mV·s-1下的CV曲线，以及(b) G-PEDOT/MXene电极在20~200 mV·s-1扫速下的CV曲线; (c) PEDOT、P-PEDOT/MXene及G-PEDOT/MXene电极在1 mA·cm-2电流密度下的GCD曲线; (d) PEDOT、P-PEDOT/MXene及G-PEDOT/MXene电极的面积电容随GCD电流密度的变化曲线
Figure 6 CV curves of (a) PEDOT, P-PEDOT/MXene, and G-PEDOT/MXene electrodes at 10 mV·s-1, along with (b) G-PEDOT/MXene electrode from 20 to 200 mV·s-1; (c) GCD curves of PEDOT, P-PEDOT/MXene, and G-PEDOT/MXene electrodes at 1 mA·cm-2; (d) Plots of areal capacitance vs GCD current density for PEDOT, P-PEDOT/MXene, and G-PEDOT/MXene electrodes
图 7 PEDOT、P-PEDOT/MXene以及G-PEDOT/MXene电极的(a) 奈奎斯特图和(b) 循环性能
Figure 7 (a) Nyquist plots and (b) cycle performance of PEDOT, P-PEDOT/MXene, and G-PEDOT/MXene electrodes
表 1 PEDOT基超级电容器电极的Ca的比较
Table 1. Comparison of the Ca for PEDOT-based supercapacitor electrodes
| Electrode material | Test condition | Electrolyte | Ca / (mF·cm-2) | Ref. |
| PEDOT/MXene | 0.5 mA·cm-2 | 1 mol·L-1 H2SO4 | 236.3 | This work |
| PEDOT-LIG | 0.04 mA·cm-2 | 0.5 mol·L-1 LiClO4 | 38.93 | [25] |
| PEDOT/PEDOP | 5 mV·s-1 | 0.1 mol·L-1 pTS | 42.2 | [26] |
| PEDOT/Ti3C2Tx | 1 mA·cm-2 | 1 mol·L-1 H2SO4 | 41.55 | [27] |
| NbOPO4/PEDOT/CNT | 1 mA·cm-2 | 1 mol·L-1 H2SO4 | 110 | [28] |
| SEBS/AgNW/PEDOT | 0.5 mA·cm-2 | 1 mol·L-1 Na2SO4 | 52.2 | [29] |
| PEDOT∶PSS/WS2 | 0.5 mA·cm-2 | 1 mol·L-1 H2SO4 | 118 | [30] |
| PEDOT/Nafion | 0.1 mA·cm-2 | 1 mol·L-1 Na2SO4 | 11.9 | [31] |
| PEDOT/MnOX | 1 mA·cm-2 | 1 mol·L-1 Na2SO4 | 207.43 | [32] |
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