顶刊JMST报道先丰黑磷量子点助力超级电容器电荷存储

以下内容来自先丰纳米特邀评论

作者：江苏大学 刘瑜

文章内容概述

近年来，光照射调解已成为能量转换和存储应用的潜在策略，光辅助超级电容器系统引入了一种能同时响应光和实现电化学储能的双功能材料。

钴基化合物是光辅助超级电容器的潜在电极材料，具有多种氧化态(Co²⁺/³⁺)和可调带隙(~2.85eV)的优点，而且通过与黑磷量子点BPQD（购买自先丰纳米）构建的异质结可以有效促进光生电子和空穴的转移，显著提高电极材料的总体性能。

因此，在本研究中我们设计了一种基于碳纳米管的光敏大孔膜，用Co₂V₂O₇插入，然后用BPQD修饰。利用物理化学表征和密度泛函理论研究了光辅助电荷存储能力的提高及其机制。该项工作于2024年1月28日发表在期刊Journal of Materials Science & Technology上。

研究结果表明，光产生的载流子可以有效地分离，形成丰富的界面可以调节电极的电子结构，有效地提高了电导率。而且，得益于p-n异质结的集成微孔结构和电子结构，活性材料的反应性和导电性都得到了提高。

在可见光下，制备的CNT@Co₂V₂O₇/BPQD电极在电流密度为1Ag^-1时显示出138.4 mA h g^-1(197.9  mA h cm^-3)的最高电容，即使在电流密度为10Ag^-1时也显示出116.1 mA h g^-1 (165.9 mA h cm^-3)。同时，当电流密度提高10倍时，在光照下的容量保持率从78.8%提高到83.8%。最后，CNT@Co₂V₂O₇/BPQD超级电容器在功率密度为800 W kg^-1/960 W L^-1时，最大能量密度为44.4 Wh kg^-1/60.0 Wh L^-1，经过13000次重复循环后，循环稳定性为104.8%。

本研究可为光敏异质结的可控设计和光辅助能器件提供理论或实验依据。

文章中使用的先丰产品：

羧基化高纯单壁碳纳米管水分散液（编号：XFWDSC01）

黑磷量子点分散液（编号：XF208）

先丰产品使用感受：

在本工作中使用到的单壁碳纳米管分散液与黑磷量子点分散液的分散程度均良好，通过抽滤得到的薄膜完整度高，柔韧性好（如下图所示），作为实验基底材料为后续实验提供反应场所。浸泡BPQD后得到的CNT@Co₂V₂O₇/BPQD在光辅助充电模式下，形成丰富的Co₂V₂O₇/BPQD界面，有效地提高了电化学活性组分的反应性和动力学。而且，光活性BPQD可以在光下稳定电荷，有利于在材料表面积累大量电荷，储存更多能量。

创新点：

（1）黑磷量子点是一种可见光响应半导体，具有固有的可调直接带隙、高光化学活性、丰富的静电积累、空间和高载流子迁移。由于钴基化合物与BPQD的内部优势和带隙特性，异质结构的构建可以显著提高杂化电极在光条件下的光吸收性能、载流子迁移率和总性能；

（2）密度泛函理论(DFT)计算结果表明，形成丰富的Co₂V₂O₇/BPQD界面可以实现电子结构调制，有效提高电极材料的电导率和氧化还原特性；

（3）在光照射下，光生成的载流子可以有效地分离。随后，光激发电子参与能量储存，导致氧化还原反应增强。此外，在光辅助充电模式下，形成丰富的Co₂V₂O₇/BPQD界面可以实现电极的电子结构操纵，有效地提高了电化学活性组分的反应性和动力学。光活性BPQD可以在光下稳定电荷，有利于在材料表面积累大量电荷，储存更多能量。

文章题目：Black phosphorus quantum dots enabled photo-assisted
supercapacitor with boosted volumetric charge storage capability

文章链接：DOI: 10.1016/j.jmst.2023.12.036

作者介绍：刘瑜，副教授，硕士生导师。2015年6月毕业于浙江大学材料科学与工程学院，获得博士学位（材料物理与化学），同年7月加入江苏大学。目前主要从事新型碳基材料在超级电容器和锂电池方面的研究工作。