云南大学柳清菊教授ACS Energy Letters研究论文：二元功能单体集成助力实现CoNiSe2基超级电容器双向动力学优化

第一作者：卢清杰

通讯作者：柳清菊教授

单位：云南大学

水系超级电容器因其具有高安全性、高功率密度和快速充放电速率等优点，被认为是具有前景的能量存储设备。低能量密度是限制其广泛应用的主要因素。目前，优化电极材料电化学特性是提高其实际能量密度的有效方法。而电极材料的反应动力学直接影响着超级电容器的性能。由于水系电解质的本征特性，水系超级电容器会受到气体析出反应的不利影响，稳定性、安全性以及工作电压窗口等指标受到限制。目前主要的解决策略，即添加保护层，在实现抑制气体析出副反应的同时，会造成离子扩散受阻，这对电容反应是不利的。理论上，调节金属活性位点的化学环境和电子结构以增加其反应阻力来抑制OER，用于优化反应动力学并进一步实现优异的储能性能是可行的

基于此，来自云南大学的柳清菊教授团队在国际知名期刊ACS Energy Letters上发表题为“Controllable Integration of Binary Functional Species Endows Directionally Optimized Kinetics for CoNiSe₂‑Based High-Performance Supercapacitors”的研究论文。该论文提出了一种集成二元功能单体的两步改性策略，有效优化了CoNiSe₂基电极材料中电容反应以及OER副反应的动力学，实现了较高的能量密度。

图1. 电极材料的合成及动力学优化机制研究。

提出了一种创新的双向动力学优化机制并进行了验证。通过银的负载实现了对电容贡献反应促进，降低了钴和镍位点氧化还原反应的能垒。同时，通过钾离子预嵌入成功实现了对OER副反应的抑制，增大了钴和镍位点催化OER副反应OER的能垒。

要点二：电化学活化抑制副反应

设计了一种有效的OER副反应抑制策略（通过调节充放电电流密度实现不同程度钾离子预嵌入）。抑制副反应的同时，不损害离子扩散过程。创新性地结合DFT计算、过电位测量和实时电化学质谱法，探索并验证了抑制机制。

要点三：优异的储能性能

最终组装的非对称超级电容器设备在0.825 kW kg^-1的功率密度下，能量密度为143.2 Wh Kg^-1，并且工作电压窗口拓宽至0-1.65 V。上述性能指标优于大部分已报道的硒化物基超级电容器。

Controllable Integration of Binary Functional Species Endows Directionally Optimized Kinetics for CoNiSe₂‑Based High-Performance Supercapacitors

柳清菊，云南大学二级教授、博导，教育部新世纪优秀人才、云岭学者，主要从事新型能源与环境材料的研究，先后主持了包括国家863计划重大项目、国家自然科学基金、云南省重大科技专项等在内的20余项项目的研究，在Nat. Commun.、Adv. Mater.、Angew. Chem.等在内的期刊上发表学术论文280余篇，授权专利30余件，获省部级奖4项；先后被选聘为“十二五”863计划“新材料技术领域”主题专家组成员、“十三五”国家重点研发计划“战略性先进电子材料”重点专项总体专家组成员、“十四五”国家重点研发计划“高端功能与智能材料” 重点专项指南专家组成员和总体专家组成员。