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文 章 信 息
层状双氢氧化物/普鲁士蓝类似物及其电容性能
第一作者:孙安琪
通讯作者:杨静*,于昊*,付民*
单位:山东科技大学,清华大学
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研 究 背 景
过渡金属基电极在储能方面很有吸引力,但存在循环性能差、电化学表现不理想等诸多问题。因此,如何改善过渡金属基电极材料的离子扩散和电荷转移动力学缓慢的问题至关重要。课题组前期工作(Advanced Materials, 2023, 35, 2300940;Small, 2024, 2312151;Small, 2021, 17(1), 2004827)开发了一系列不同结构的金属化合物电极材料,研究表明材料结构调控在提升电化学表现方面扮演着关键角色。
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文 章 简 介
近日,来自山东科技大学的付民和于昊等人,在国际学术期刊Journal of Colloid and Interface Science上发表题为“Layered double hydroxides/prussian blue analogs toward improved capacitive performances”的研究型文章。
该研究首先采用电沉积法在泡沫镍表面制备了NiCo-LDH纳米片,然后通过离子交换法在NiCo-LDH表面包覆PBA。通过调节离子交换时间,形成了具有球形花状结构的NiCo-LDH/PBA异质结构,暴露出大量的氧化还原活性中心。最佳的NiCo-LDH/PBA(18 h)电极在2和10 A g-1下的比电容分别为1973.0和1604.4 F g-1。NiCo-LDH/PBA(18 h)和活性炭(AC)组装成非对称超级电容器(ASC),表现出良好的能量密度(66.3 Wh kg−1)和功率密度(725.0 W kg−1)特性,9000次循环后容量保持率为80.7%。这些优异的性能使NiCo-LDH/PBA成为最有前途的SC电极材料之一。
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本 文 要 点
要点一: 异质结构的构建
典型的NiCo-LDH在循环过程中仍然存在固有的低介电常数和严重的体积膨胀。将NiCo-LDH与PBA复合,通过优化离子交换时间,可以得到具有大量氧化还原活性中心的球形花状NiCo-LDH/PBA,可提高NiCo-LDH在充放电过程中的结构稳定性,抑制NiCo-LDH的团聚,从而有利于提高其循环性能。
图1. NiCo-LDH/PBA合成示意图。
图2. 不同材料的扫描电镜及元素分布。
图3. 不同材料的XPS和XRD对比。
要点二:电荷/离子传输特性的强化
传统LDH材料通常存在活性位点不足和离子传输迟缓等弊端。PBA属于具有三维开放网络的金属有机骨架。开放的骨架结构赋予PBA较大的比表面积,这增强了电极和电解质离子之间的接触,促进了它们的离子/电荷转移特征和整体电化学性能。
图3. 不同电极的电化学性能对比。
图4. 器件的电化学表现。
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文 章 链 接
Layered double hydroxides/prussian blue analogs toward improved capacitive performances
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcis.2025.138287
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通 讯 作 者 简 介
付民副教授简介:山东科技大学储能技术学院学术教授,主要从事储能及分离吸附等方面的研究工作。主持国家自然科学基金面上项目、山东省自然科学基金创新发展联合基金项目、山东省重点研发项目、山东省自然科学基金面上项目、山东省自然科学基金青年项目等。以第一或通讯作者在Advanced Materials,Small, Journal of Materials Chemistry A和Chemical Engineering Journal等期刊发表60余篇研究论文,其中高被引8篇,热点2篇,h因子36,连续三年(2022、2023、2024)入选全球前2%顶尖科学家榜单(World’s Top 2% Scientists)。担任教育部学位中心论文评审专家、全国本科毕业论文抽检专家、山东省省创项目评审专家、青岛市专业技术人才评审专家和聊城市绿色化工产业科技专家,担任J. Renew. Mater.的客座编辑、Information Funct. Mater.、CleanMat、Exploration、Carbon Neutralization、稀有金属和盐湖研究的编委/青年编委。
于昊副教授简介:博士毕业于法国里昂第一大学,获得法国国家研究中心(CNRS)和法国核能企业阿海珐(AREVA)的联合博士奖学金资助。山东科技大学储能技术学院副教授,主要从事固体储氢材料、燃料电池、精细化学品、生物质转化、工业催化等领域的研究。山东省高等学校青创团队-氢能源化学创新团队带头人,中国节能协会节电与绿色电能委员会高级专家,中国能源学会专家委员会新能源专家组委员,山东省储能学会理事,石油学报(石油加工)青年编委。2018年青岛胶州市优秀科技创业团队主干成员,2019年入选江苏省南通市通州区510英才计划人才,2020年入选江苏省科技副总项目。主持和参与10多项国家级、省部以及企业科研项目;发表SCI学术论文120余篇;授权发明专利7项,实用新型专利1项,以第一主编出版教材1部,以第二主编出版教材1部。是International Journal of Hydrogen Energy, ACS Applied Materials & Interfaces, Inorganic Chemistry, ACS Applied Nano Materials, Asia-Pacific Journal of Chemical Engineering等期刊审稿人。
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第 一 作 者 简 介
孙安琪简介:山东科技大学化学与生物工程学院硕士生,主要从事超级电容器电极材料的研究。
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