可再生能源的开发和利用对新型高效储能设备的研究提出了更高的要求。混合电容器因兼具电池与电容器的高功率密度、快速充放电和稳定循环等特性，得到了越来越多研究人员的广泛关注。在诸多电极材料中，过渡金属硫化物相比于氧化物具有更高的电容和丰富的氧化还原反应活性位点，成为重要的混合电容器电极材料。而多元过渡金属硫化物中不同金属元素之间的相互作用能够进一步增强材料的电荷传导性能，降低电化学过程中的能垒，从而提高混合电容器的性能。与此同时，电极材料的结构特性也对混合电容器的性能具有十分重要的影响。空心结构因具有较大的比表面积、大量的活性位点、较短的传质距离成为电极材料的理想结构之一。
近日，新加坡南洋理工大学的楼雄文教授团队从材料与结构两个方面着手，提出了基于锌、钴双金属ZIF的合成方法，实现了双壳层空心结构Zn-Co硫化物的制备，并对其作为混合电容器电极材料的电化学性能进行研究。
图1. 双壳层空心结构Zn-Co硫化物的合成示意图。
该研究团队首先采用单宁酸作为刻蚀剂对Zn/Co-ZIF菱形十二面体进行化学刻蚀，获得了具有yolk-shell结构的Zn/Co-ZIF。随后他们采用硫代乙酰胺作为硫化剂，对所获得的中间产物进行硫化处理，得到具有双壳层空心结构的Zn-Co硫化物。
图2. 双壳层空心结构Zn-Co硫化物的结构与组成表征。
所合成的双壳层空心结构Zn-Co硫化物表现出较高的比容量和稳定的循环特性，在1 A•g-1的电流密度下比容量高达1266 F•g-1，同时在10000次的充放电循环中保持91%的起始容量。与具有单壳层结构的Zn-Co硫化物相比，该双壳层空心结构Zn-Co硫化物表现出明显的优势。这项工作证明了复杂空心结构在储能应用中具有广阔的前景。
图3. 双壳层与单壳层空心结构Zn-Co硫化物作为混合电容器电极材料的活性测试。
这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，第一作者是新加坡南洋理工大学的张鹏博士，通讯作者是楼雄文教授。
该论文作者为：Peng Zhang, Bu Yuan Guan, Le Yu and Xiong Wen (David) Lou
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Formation of Double-Shelled Zinc-Cobalt Sulfide Dodecahedral Cages from Bimetallic Zeolitic Imidazolate Frameworks for Hybrid Supercapacitors
Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 7141, DOI: 10.1002/anie.201702649
导师介绍
楼雄文
http://www.x-mol.com/university/faculty/35053
课题组主页
http://www.ntu.edu.sg/home/xwlou/
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