二维硅烯纳米片由于其独特的物理、光子、热和电子能力，二维 (2D) 纳米结构在生物工程、传感和能量存储领域展现出巨大的潜力。

尽管如此，由于复杂的制造过程，将硅基纳米材料组合到高性能电力存储系统中仍然是一个很大程度上未开发的主题。发表在ACS Applied Materials & Interfaces杂志上的新工作希望通过有效地将硅烯纳米片集成到高压超级电容器中来解决这个问题。

新型储能装置的重要性

高效、可持续且具有成本效益的电解能量收集解决方案对于为电动汽车提供动力和满足对可穿戴电子产品不断增长的需求至关重要。

在这种情况下，超级电容器是一种特殊的储能技术，被认为是锂离子电池的替代品。超级电容器的高存储密度和快速充放电能力使其特别吸引众多领域，包括汽车、飞机和电信。

虽然超级电容器无法容纳与同等大小的锂离子电池一样多的能量，但其卓越的充电速度弥补了这一点。在某些情况下，超级电容器的充电时间比同等容量的电池快 1,000 倍以上。

二维纳米材料：储能的未来

具有超薄导电结构、高电解稳定性和可定制电气特性的二维 (2D) 纳米结构最近在催化、生物医学检测和生物工程等各个领域显示出巨大的前景。

基于二维纳米材料（如石墨烯、MXenes 和过渡金属二硫属化物）的电极可以为现代储能设备配备电解驱动能力。已经发现，二维材料的内在优势不仅在重复充放电循环期间提供出色的响应性并增强离子分散。

与上面讨论的材料相比，在储能设备中使用硅基二维半导体非常少见。鉴于其迷人的电学和铁磁特性，2D 硅基半导体（如硅烯）也可用作石墨烯在储能应用中的潜在竞争对手。

迄今为止，在储能设备领域，很少有举措专注于与石墨烯相媲美的二维硅纳米片。鉴于这个令人困惑的问题，开发具有高度集成到现代储能系统（如超级电容器）中的独特二维硅材料至关重要。

硅烯纳米片作为超级电容器的电极

硅烯是一种二维硅同素异形体，具有与石墨烯相媲美的六角蜂窝结构。与石墨烯不同，硅烯具有规则弯曲的结构，而不是平坦的。因为硅烯中的层耦合比多层石墨烯中的层耦合要强得多，所以它非常适合用于储能应用。

先前的研究表明，通过湿化学技术生产的硅烯可用作锂离子电池的阳极。此外，鉴于其可用性和细胞相容性，硅烯的生物学特性使其成为用于光触发疗法和医学成像的优秀生物材料。

尽管最近在硅烯基电池和治疗医学方面取得了突破，但没有研究试图研究硅烯纳米片作为现代储能装置（如超级电容器）的电极。

研究人员通过成功生产少层硅烯纳米片并通过实验检查硅烯的电化学电容特性来解决这个问题。为了测试它们的储能能力，硅烯纳米片也被用作高压对称超级电容器的阴极。

研究的重要发现

研究人员首次通过对二硅化钙进行适度氧化来生产硅烯纳米片，并在高压超级电容器中展示了其卓越的电解性能。使用硅烯纳米片构建的高压对称超级电容器提供了卓越的电解效率。

基于硅烯纳米片的高压对称超级电容器的整体有效性超过了先前报道的硅基纳米材料。根据第一性原理计算，具有更小的离子扩散路径和更好的活性位使用效率的薄层或少层硅烯可以提高超级电容器表面的离子传输和电子传输速率。

硅烯纳米片作为超级电容器的优良模型物质的有希望的发现将加速能量保持和转移技术的进步。基于这些结果，有理由期待硅烯纳米片作为下一代储能系统的有吸引力的电极材料。