二維導電水凝膠由于其廣泛的應用前景，吸引了大量的研究興趣。MXene作為一種新興的二維材料，具有超高的電導率（≥20,000Sm-1）、大比表面積、豐富的表面官能團和多樣的化學結構等特點，被認為是制備高性能二維導電水凝膠的理想材料。目前MXene水凝膠的制備方法主要包括真空抽濾和以金屬離子或聚合物為交聯劑的化學交聯，但關于MXene水凝膠的研究仍處于起步階段，且挑戰諸多：（1）目前所報道的MXene水凝膠都是基于Ti3C2Tx,沒有其他種類MXene水凝膠被報道；（2）聚合物交聯劑多為絕緣體，它們會降低MXene水凝膠的導電性，并進一步削弱MXene水凝膠的電學和電化學性能；（3）MXene水凝膠的尺寸和形狀嚴重依賴所采用的模具，不能滿足便攜式電子快速發展背景下對器件復雜性和精確性的要求。  

近日，來自愛爾蘭圣三一學院的ValeriaNicolosi教授、李科研究員與美國德雷塞爾大學YuryGogotsi教授合作，在國際知名期刊NatureCommunications上發表題為“4DprintingofMXenehydrogelsforhigh-efficiencypseudocapacitiveenergystorage”的研究論文。該工作開發了一種通用的4D打印技術（3D打印+時間），能夠實現多種MXene水凝膠（Nb2CTx，Ti3C2Tx，Mo2Ti2C3Tx）的可定制化精確制備，且所制備MXene水凝膠表現出高效的贗電容存儲能力。  

要點一：4D打印導電MXene水凝膠  

與傳統3D打印生產的溶劑中可溶/可分散的MXene溶膠圖案/結構不同，在我們的4D打印技術中，經過簡單的熱刺激引起的自組裝過程后，MXene溶膠轉變為交聯態機械強度良好的MXene水凝膠。此4D打印技術具有良好的通用性，能夠在多種基底上實現MXene水凝膠的可定制化打印，如在玻璃片上打印Ti3C2Tx水凝膠微晶格和空心矩形，在棉布上打印Nb2CTx水凝膠中國結，以及在PET上打印Nb2CTx水凝膠“CRANN”logo和Mo2Ti2C3Tx水凝膠微型電容器。同時，這些水凝膠都具有3D多孔結構、大比表面積、高導電性和良好的機械強度等優點。更值得關注的是，這三種MXene分別具有不同的原子層厚度和表面過渡金屬（Nb,Ti,Mo），代表了一系列具有類似結構和化學性質的MXene，證明此方法具有良好的普適性。  

要點二：4D打印MXene水凝膠電極的快速儲能行為  

（1）Ti3C2Tx水凝膠在10Vs-1的掃描速度下最高比容量232.9Fg-1。（2）在1Vs-1的掃描速度下，質量負載量/厚度分別為0.5mgcm-2（0.12mm）、3.1mgcm-2（0.7mm）、和6.6mgcm-2（1.5mm）的Ti3C2Tx水凝膠容量保留率高達96.3%、92.4%、和90.2%，優于所有電極。（3）在1Vs-1和2Vs-1的掃描速度下，Ti3C2Tx水凝膠的面積比容量高于目前所有的報道和商業化要求（0.6Fcm-2）。  

（1）Ti3C2Tx水凝膠微電容最高面積比容量為2.31Fcm-2，最高能量/功率密度為93μWhcm-2/7mWcm-2，高于大多數微電容。（2）4D打印的Ti3C2Tx水凝膠微電容表現出良好的低溫耐受性，在0℃和-20℃下，容量分別保留90.6%和82.2%。經過多個高低溫循環后，容量未見明顯下降。即使在-20℃下循環10000圈后，容量保留81%。（3）微電容可按實際使用需求任意串聯或者并聯。  

要點四：前瞻  

本文開發了一種通用型4D打印技術，能夠實現MXene水凝膠的可定制化制備。該工作對MXene水凝膠的制備以及MXene和導電水凝膠在電化學儲能與轉換、傳感、生物電子、電磁屏蔽和污水純化等多個領域的發展提供了新的思路。