柳清菊教授， ACS Energy Letters论文：一种电化学性能优异的3D复合纳米材料！

第一作者：卢清杰

通讯作者：柳清菊*

单位：云南大学

由于具有充放电速度快、功率密度高、循环稳定性好等优点，超级电容器被认为是前景广阔的能源储存设备。然而，较低的能量密度大大地限制了其应用。提升其能量密度的途径主要有提升比容量和扩宽工作电压窗口。而实现这两点的主要方法是通过对电极材料进行改性提升。MOFs和过渡金属氧化物是较为常用的超级电容器电极材料，基于它们合理地设计与合成复合材料对促进高能量密度超级电容器的发展具有重要意义。

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“A Brand-New Hybrid Structure with Advantageous Electron State for Ultrahigh Energy Density Asymmetric Supercapacitors”的研究论文。

该论文报道了一种由贵金属颗粒、MOFs以及双金属氧化物复合而成的、具有稳定3D纳米结构的超级电容器电极材料。作者对其进行了电化学性能测试，同时结合表征和DFT计算研究了其电化学动力学并对贵金属负载的改性机制提出了新的分析角度。

图1. 合成示意图。

图2. 形貌分析。

图3. 基本性质表征。

图4. 三电极体系性能测试。

图5. 二电极体系性能测试。

图6. DFT计算。

作者采用简便的水热、低温氧化、光分解等方法，成功合成了具有稳定3D微观纳米结构的目标复合材料。得益于多样的组分，该复合材料具有更好的表面化学性质、快速的电化学反应动力学、充足的电化学活性位点、活跃的电子状态，用作超级电容器电极材料时，有益于促进电化学反应的进行，实现优异的储能性能。

要点二：电化学动力学及改性机制

通过电化学动力学研究，分析了贵金属Ag纳米颗粒负载量对结构和电化学性能的影响。此外，作者通过归纳相关领域成果，结合表征和理论计算，从改变材料电子状态、促进电化学反应进行的角度分析了Ag纳米颗粒负载的改性机制。

要点三：优异的电化学性能

组装的简易超级电容器设备的最大工作电压窗口为1.75 V，且表现出良好的倍率性能。在3.15 KW Kg^-1的功率密度下，可以实现204.31 Wh Kg^-1的能量密度。此外，该设备还表现出了优异的循环稳定性，5000次充放电后，其电容保留率为90.3%。

要点四：简化的DFT计算策略

基于动力学分析，电容贡献主要来自于金属活性位点进行的氧化还原反应。因此，作者采用简化的计算策略，对金属活性位点（Zn、Mn）进行负载前后电化学反应势垒的计算，对比得到贵金属Ag纳米颗粒负载对电化学氧化还原反应阻力的减小。

A Brand-New Hybrid Structure with Advantageous Electron State for Ultrahigh Energy Density Asymmetric Supercapacitors

DOI: https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c02009

柳清菊教授简介：云南大学教授（二级）、博士生导师，云南省微纳材料与技术重点实验室主任，教育部新世纪优秀人才计划入选者，云岭学者，云南省中青年学术与技术带头人，主要从事光催化材料、钙钛矿太阳能电池、半导体气敏传感材料与器件等方向的研究，已在Nature Communications、ACS Energy Letters, ACS Catalysis,  Small，Journal of Materials Chemistry A等国际知名期刊发表论文160余篇。

卢清杰：云南大学材料与能源学院柳清菊教授团队在读博士生，研究方向为超级电容器电极材料的设计与开发。

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