隨著物聯網（IoT）、可穿戴設備以及植入式醫療電子的飛速發展，市場對微型儲能器件的需求呈現快速增長。傳統電池制造工藝往往受限于體積大、形狀固定等問題，難以滿足新型電子設備對“輕薄短小”及“柔性化”的極致追求。噴墨打印技術作為一種非接觸式、數字化控制的增材制造手段，被認為是實現微型超級電容器低成本、規?；圃斓睦硐胪緩健Ｈ欢?，這一技術的核心瓶頸在于“墨水”——即如何獲得既具有高導電性、優異電化學活性，又能長期穩定分散的功能材料墨水。

近日，西安電子科技大學先進材料與納米科技學院仲鵬副教授課題組在這一關鍵領域取得重要進展。團隊聚焦于二維過渡金屬碳化物（MXene）材料，針對其在水相和有機相中面臨的穩定性與分散性難題，通過精準的分子工程策略，成功開發出兩款高性能MXene導電墨水。相關研究成果分別發表在國際知名期刊《Small》和《ACS Applied Materials & Interfaces》。

研究一：基于氟化多巴胺功能化的MXene有機墨水（Small, 2026, 22, e12628）

論文題目：Unveiling the Roles of Fluoroalkylated-Dopamine Functionalization in Dispersion Stability of MXene Organic Inks and Electrochemical Performance of Inkjet-Printed Micro-Supercapacitors

針對MXene材料表面親水性強、難以在有機溶劑中穩定分散且易發生層間堆疊的問題，團隊引入了一種仿生策略，利用氟化多巴胺（ADOPA）對MXene進行表面共價修飾，成功解決了MXene在有機溶劑中難以分散且易發生層間堆疊的問題。

該研究深入揭示了ADOPA分子在MXene表面的“錨定-撐開”雙重機制：一方面，多巴胺基團通過強氫鍵作用牢固吸附于MXene表面；另一方面，氟化烷基鏈如同“分子支柱”般插入片層之間，有效增大了層間距并賦予了材料優異的疏水性與溶劑相容性?；谶@種墨水，團隊采用噴墨打印技術制備了微型超級電容器。測試結果顯示，該器件具有極高的體積比容量（857.33 F cm?3）和優異的能量密度（11.10 mWh cm?3）。此外，器件展現出卓越的循環穩定性，在10000次充放電循環后電容保持率高達95.48%，證明了該改性策略在提升器件綜合性能方面的顯著優勢。

機理創新：利用ADOPA分子中的鄰苯二酚基團與MXene表面形成強氫鍵錨定，同時利用氟化烷基鏈的疏水效應和位阻效應，成功制備了無添加劑的高導電有機墨水。理論計算揭示了ADOPA分子在界面處的“平躺”吸附構型。

性能提升：基于該墨水打印的微型超級電容器展現出卓越的體積能量密度（11.10 mWh cm?3）和優異的循環穩定性（95.48% @ 10000 cycles）。

研究二：基于SDS表面修飾的高穩定性水性墨水（ACS AMI, 2026, 18, 24728）

論文題目：A Highly Stable MXene Aqueous Conductive Ink for Inkjet Printing Flexible Microsupercapacitors

在水性體系應用中，MXene面臨著極易水解和被水中溶解氧氧化降解的挑戰，導致墨水保質期極短，嚴重阻礙了其商業化進程。為此，團隊提出了一種簡便高效的表面活性劑十二烷基硫酸鈉（SDS）表面修飾策略。

研究發現，SDS分子能夠以平行構型緊密吸附在MXene表面，形成一層致密的保護層。這層保護膜不僅有效阻斷了水分子和氧氣對MXene邊緣缺陷位點的侵蝕，還抑制了納米片的團聚。實驗數據表明，經SDS改性的MXene水性墨水穩定性得到極大提升，其壽命常數從原本的22.1天大幅延長至157.3天，實現了超過5個月的穩定儲存。利用這種“超長待機”的墨水打印制備的柔性微型超級電容器，體積比容量達到714.3 F cm?3，且在空氣中長期放置后仍能保持優異的電化學性能。這一突破為MXene墨水的工業化生產、運輸及存儲提供了切實可行的解決方案。

材料設計：研究發現SDS分子通過靜電吸附和氫鍵作用，以平行構型緊密吸附在MXene表面，有效覆蓋了邊緣缺陷位點，阻斷了水氧侵蝕路徑。

性能提升：該策略將MXene水性墨水的壽命常數從22.1天提升至157.3天。制備的噴墨打印器件面電容達到25 mF cm?2，體積比容量高達714.3 F cm?3，且展現出優異的機械柔韌性。

總結

仲鵬副教授課題組的系列研究，分別從有機相和水相兩個維度攻克了MXene墨水的核心難題。通過精準的分子界面工程，團隊不僅闡明了功能分子與二維材料表面的相互作用機理，更為下一代柔性、微型化能源存儲器件的規?；圃斓於藞詫嵉牟牧匣A。

目前，該團隊正致力于將上述墨水體系應用于更復雜的柔性電路與智能傳感系統中，推動實驗室成果向實際應用的轉化。

論文鏈接：

1. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202512628

2. https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.6c03460

作者簡介：

鞏萍萍，論文第一作者，西安電子科技大學先進材料與納米科技學院2023級博士生，主要從事噴墨打印MXene基儲能器件研究，目前以第一作者（或共同一作）在Small、Chemical Engineering Journal、ACS Applied Materials & Interfaces發表研究論文3篇。

仲鵬副教授，論文通訊作者，Vebleo Fellow，西電材料院納米系主任、電子信息材料本科專業負責人。擔任中國光電產業平臺專家委員會理事、江蘇省“科技副總”特聘專家、西安市科協科技智庫專家等。近年來主要從事二維MXenes的合成、制造及其在電子和能源應用等研究工作。承擔了國家重點研發計劃子課題、國自科面上/青年項目、陜西省自科基金、產學研項目等多項課題；在AFM，Nano Energy，Small, CEJ等學術期刊發表論文70余篇；申請/授權中國發明專利14項，成果轉化3項；獲陜西省高?？茀f青年人才托舉計劃、陜西高等學?？茖W技術一等獎等榮譽。

本文來自“材料科學與工程”公眾號，感謝論文作者團隊支持。

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