氧化铁（Fe2O3）具有理论比电容高、对环境友好、丰度高等优点，是制备质优价廉的赝电容电容器重要电极材料。然而由于氧化铁自身电子和离子传导电阻极大，一旦大量堆垛，将严重阻碍离子和电子在电极材料中的迁移，进而阻碍电容性能的充分发挥。因此，大部分报道的氧化铁赝电容电极中所含氧化铁的质量较低（即活性物质载量低，如<2 mg•cm-2），以减少电子和离子传导阻力。然而低载量电极材料的总储能容量有限，难以满足实际应用需求。例如，商用电容器通常要求电极活性物质载量应达到8-10 mg•cm-2。
随着纳米技术在化学领域的不断发展，介孔材料已展露诸多优势：适当的介孔结构可为电解液中离子迁移提供快速通道，缩短电荷传质距离，从而大幅提升材料的倍率性能（rate capability）。然而由于制备技术的欠缺，用于赝电容器的高载量介孔氧化铁材料鲜有报道，探究介孔尺寸与氧化铁赝电容性能关系也无从开展。
东北大学的刘晓霞教授与美国加州大学圣克鲁兹分校（University of California, Santa Cruz）的李轶（Yat Li）教授团队合作，研发了一种利用葡萄糖溶液水热法制备大载量（~10 mg•cm-2）介孔氧化铁赝电容电极的方法（图a）。通过调节葡萄糖浓度，该氧化铁的介孔孔径可在2-8 nm范围内调控（图b-d）。
作者进一步探究了介孔尺寸对电极电容性能的影响。实验结果表明，以3 nm为主的介孔（Hem-G0.07）对于提升载量为5 mg•cm-2的氧化铁电极电容和倍率性能最为有效（图e）。当载量提升至10 mg•cm-2时，Hem-G0.07氧化铁电极在1 mA•cm-2的电流密度下，最大面积电容达1502 mF•cm-2；50 mA•cm-2电流密度下面积电容仍能保持871.2 mF•cm-2（图f）。
图片来源: Advanced Energy Materials
该研究成果近期已发表在Advanced Energy Materials 上。论文的第一作者为东北大学宋禹博士、美国加州大学圣克鲁兹分校的刘田宇博士。通讯作者为东北大学的刘晓霞教授、美国加州大学圣克鲁兹分校的李轶（Yat Li）教授。
该论文作者为：Yu Song, Tianyu Liu, Mingyang Li, Bin Yao, Tianyi Kou, Dongyang Feng, Fuxin Wang, Yexiang Tong, Xiao-Xia Liu and Yat Li
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Engineering of Mesoscale Pores in Balancing Mass Loading and Rate Capability of Hematite Films for Electrochemical Capacitors
Adv. Energy Mater., 2018, 8, 1801784, DOI: 10.1002/aenm.201801784
作者简介
刘晓霞，香港大学化学系博士，东北大学化学系教授，中国化学会电化学专业委员会委员；2006年赴德国马普学会固态研究所任客座研究员；主要研究领域包括电化学合成功能膜材料、电化学储能、化学传感等；已主持4项国家自然科学基金项目，并在Adv. Energy. Mater.、ACS Nano、Adv. Funct. Mater.、ACS Energy Lett.等期刊上发表SCI收录论文百余篇。
http://www.x-mol.com/university/faculty/19231
李轶（Yat Li），香港大学化学系博士，美国加州大学圣克鲁兹分校化学与生物化学系教授；2003年至2007年于哈佛大学Charles M. Lieber教授课题组从事博士后研究；目前课题组研究领域包括低维纳米材料的设计、制备及其在光/电转换、超级电容器、电池和电化学催化领域的应用；已发表SCI论文130余篇，其中24篇入选ESI高被引论文；论文他引2万余次，h因子56；2017年入选Clarivate Analytics全球高被引科学家。
http://www.x-mol.com/university/faculty/6064
本文版权属于X-MOL（x-mol.com），未经许可谢绝转载！欢迎读者朋友们分享到朋友圈or微博！
长按下图识别图中二维码，轻松关注我们！
点击“阅读原文”，查看 化学 • 材料 领域所有收录期刊
