随着对全球能源危机和环境挑战的关注日益增加，开发高效、可持续且环保的储能设备已成为现代社会的迫切需求[1,2]。在各种储能技术中，超级电容器（SCs）因其高功率密度、快速充放电能力和出色的循环稳定性而受到广泛关注[3,5]，使其适用于从便携式电子设备到混合动力汽车和大规模电力管理系统等各种应用[4,5]。与传统可充电电池相比，超级电容器能够在几秒钟内释放或吸收大量能量，这一特性对于峰值功率供应和紧急备用系统尤为重要[6]。然而，它们的能量密度相对较低（通常比锂离子电池低一个数量级），这限制了它们在长距离和高容量储能应用中的更广泛使用[7]。因此，超级电容器研究的核心挑战在于如何在不牺牲设备固有功率特性和循环寿命的情况下显著提高其能量密度[8]。
克服这些挑战的一种有前景的策略是构建基于MXene的异质结构，将MXenes的优异导电性和离子传输通道与硫化物的丰富氧化还原活性相结合。最近关于MoS2/MXene异质结构的研究表明，强烈的界面耦合可以促进电荷重新分布，缩短扩散路径，并显著提升整体电化学性能[9]。例如，锚定在Ti3C2Tx MXene上的MoS2已被证明能够显著提高电容和倍率性能，这得益于界面处的紧密电子相互作用以及两种组分的协同效应[9]。这些发现表明，最大化MXene/硫化物复合材料性能的关键在于合理的设计和精确的界面工程，而不仅仅是简单地混合组分。尽管取得了这些进展，但涉及NiMo3S4等双金属硫化物与MXenes的异质结构的研究仍然有限，特别是系统性地研究NiMo3S4/Ti3C2Tx MXene异质结构的界面电子结构、离子传输路径和电化学行为之间的关联仍十分缺乏[8]。
为了解决这一限制，人们投入了大量努力探索能够在法拉第氧化还原过程中储存更高电荷同时保持快速动力学的先进电极材料[10,11]。过渡金属硫化物（TMSs）因其可变的价态、高导电性和丰富的氧化还原活性位点而成为特别有吸引力的候选材料[12,13]。在这一家族中，镍-钼硫化物（NiMo3S4）因其Ni和Mo中心之间的协同效应而受到广泛关注[14]。镍位点能够加速氧化还原反应并促进电子转移，而钼位点可以有效调节电子结构并优化离子吸附/脱附[15]。作为代表性化合物，NiMo3S4具有高导电性和大量的电化学活性位点，能够在重复循环下保持优异的赝电容性能和长期耐用性[16]。尽管如此，单相TMSs的固有局限性（如有限的比表面积和体相结构中的离子扩散缓慢[18]）仍然阻碍了它们在高能量密度超级电容器中的实际应用[19]。
近年来，二维过渡金属碳化物和氮化物（即MXenes[20]）作为高性能电极材料的设计新前沿而受到关注[21,22,23]。其中，Ti3C2Tx MXene因其优异的导电性、可调的表面官能团（–OH、F、O）和可调节的层间距[24,25]而受到广泛研究。Ti3C2Tx MXene的层状结构不仅确保了快速的电子传输，还提供了丰富的表面活性位点，参与赝电容过程[22,26]。此外，其灵活的层间结构提供了离子传输通道，增强了电荷储存能力并实现了高倍率性能[27,28]。然而，MXenes基电极的实际应用受到它们由于强范德华相互作用而倾向于堆叠的固有限制，导致可用表面积显著减少和离子通道受阻[29]。此外，MXenes相对较窄的电压窗口进一步限制了它们对能量密度提升的贡献，因此先进的结构工程和复合设计对于充分发挥其潜力至关重要[30,31]。
因此，存在一些关键的研究空白需要解决。首先，从材料角度来看，NiMo3S4和Ti3C2Tx MXene之间的界面电子相互作用尚未得到充分阐明。其次，从结构角度来看，如何在抑制MXenes堆叠的同时保持可用的离子传输通道的策略尚不成熟。第三，从方法论角度来看，如静电自组装[32]等简单且可扩展的合成方法在该系统中的应用较少，过程参数对复合材料均匀性和界面质量的影响尚未得到充分探索。第四，从机理角度来看，缺乏基于实验证据和密度泛函理论（DFT）计算对NiMo3S4/Ti3C2Tx MXene界面处的电荷重新分布和反应动力学的全面理解。最后，从器件角度来看，在具有宽电压窗口的不对称超级电容器中实际展示NiMo3S4/Ti3C2Tx MXene异质结构，并同时优化能量密度、功率密度和循环稳定性仍是一个巨大的挑战[33]。
基于这些考虑，本研究旨在通过两步水热合成（首先合成NiMo3S4，然后通过静电自组装与Ti3C2Tx MXene）来构建一种异质结构的NiMo3S4/Ti3C2Tx MXene复合材料。这种设计利用了两种组分的互补性质：NiMo3S4提供了丰富的氧化还原活性位点用于电荷储存，而Ti3C2Tx MXene提供了高导电性的框架并促进了快速的离子传输。静电自组装实现的紧密界面接触有望抑制MXenes的堆叠，增强电子/离子耦合，并最大化活性位点的可用性和利用率。此外，将在具有扩展电压窗口的不对称超级电容器配置中评估该复合材料的电化学性能，以评估其实际潜力。结合DFT模拟和动力学分析，本研究不仅提供了界面电荷转移和反应路径的机理见解，还为开发同时具有高能量密度、高功率密度和长期耐用性的先进异质结构电极提供了合理的设计策略。
