為了滿(mǎn)足現(xiàn)代數(shù)字通信、混合動(dòng)力汽車(chē)等日益增長(zhǎng)的需求，設(shè)計(jì)高功率和能量密度的超級(jí)電容器電極材料是非常必要的。近年來(lái)，各種過(guò)渡金屬(氫氧或羥基)碳酸鹽(MHCs)由于具有高比容、價(jià)態(tài)豐富、成本低，環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛開(kāi)發(fā)為超級(jí)電容器的電極材料，但是，納米尺寸的碳酸鹽顆粒很容易凝聚成更大的團(tuán)簇，導(dǎo)致活性材料只能部分利用，且碳酸鹽導(dǎo)電性差，導(dǎo)致其倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性較差。

為了解決上述問(wèn)題，我校化學(xué)與材料工程學(xué)院王舜教授/張青程副教授團(tuán)隊(duì)利用三維多孔泡沫鎳作為導(dǎo)電基底，在其基底上構(gòu)建核殼金屬硫化物@金屬碳酸鹽異質(zhì)結(jié)構(gòu)以此來(lái)解決上述問(wèn)題。該工作采用交聯(lián)的NiCo2S4納米線(xiàn)將NiCo碳酸鹽(NiCo-HCs)多面體緊密串在一起，形成了類(lèi)似糖葫蘆狀的NiCo2S4@HCs核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)不僅具有豐富的擴(kuò)散通道和良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而且由于兩組分之間的強(qiáng)界面相互作用，在整個(gè)電極中表現(xiàn)出更高效的電子轉(zhuǎn)移，從而表現(xiàn)出很好的超級(jí)電容器性能。

【文章要點(diǎn)】

要點(diǎn)一：

NiCo2S4@HCs核殼異質(zhì)結(jié)顯示出超高的比電容(3178.2 F/g在1 A/g)，顯著的倍率能力2179.3 F/g (30 A/g)以及突出的循環(huán)穩(wěn)定性(5000循環(huán)后電容保留率為95.9%)，此外，組裝的NiCo2S4@HCs//AC非對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器在功率密度為847 W/kg時(shí)，具有69.6 W h/kg的高能量密度和極佳的循環(huán)穩(wěn)定性，循環(huán)10000次后，電容保留率為90.2%。

要點(diǎn)二：

目前，對(duì)于金屬碳酸鹽化合物的儲(chǔ)能機(jī)理尚不清楚，該工作通過(guò)對(duì)NiCo(HCO3)2的充放電過(guò)程進(jìn)行了XRD與Raman的分析，結(jié)果證明了該材料的儲(chǔ)能機(jī)理，如下所示：

要點(diǎn)三：

DFT計(jì)算表明，這種合理的設(shè)計(jì)使NiCo2S4與NiCo(HCO3)2之間產(chǎn)生了強(qiáng)烈的界面相互作用。 這不僅有利于電子轉(zhuǎn)移和離子吸附/解吸過(guò)程，而且大大增加了電活性位點(diǎn)，防止了電極材料的結(jié)構(gòu)退化，大大提升了材料的電化學(xué)性能。

這一研究結(jié)果以“ Design of Cross-linked NiCo2S4 Nanowires Bridged NiCo-Hydrocarbonate Polyhedrons for High-Performance Asymmetric Supercapacitor” 為題發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊《Advanced Functional Material》上，我校為第一通訊單位，化學(xué)與材料工程學(xué)院2018級(jí)研究生趙俊平和王亞輝為文章的共同第一作者，我校王舜教授和張青程副教授以及德國(guó)伊爾梅瑙理工大學(xué)雷勇教授為本文的共同通訊作者。該工作受到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（21706196和21905208）、浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（LZ20E010001）和浙江省高水平人才專(zhuān)項(xiàng)支持計(jì)劃（2019R52042）的支持。

【文章鏈接】

“Hierarchical Design of Cross-linked NiCo2S4 Nanowires Bridged NiCo-Hydrocarbonate Polyhedrons for High-Performance Asymmetric Supercapacitor”

https://doi.org/10.1002/adfm.202210238