南昌大学陈伟凡团队 | 通过连续自牺牲模板法制造的超薄纳米片互连 NiₓS₆/Ni(OH)₂ 混合纳米笼及其优异的超级电容器性能

  • A+

研究背景

作为超级电容器的阴极电活性材料，过渡金属无机化合物因具有较高的法拉第赝电容而被广泛研究，其中，低成本和高电活性的镍基材料作为发展超级电容器的重要电极，其形态和微结构的精确调控是进一步提高电化学性能的关键措施。与镍氧化物或氢氧化物相比，硫化镍具有更好的导电性和电容性能，包括倍率能力和循环稳定性。以往的合成方法依赖于沉淀、高温煅烧及水热硫化过程，在实际生产中仍有一些不可避免的缺点，如繁琐的工艺、昂贵的有毒有机剂、高反应温度等，阻碍了镍基电极材料的推广发展。


论文详情

南昌大学物理与材料学院陈伟凡教授等基于前驱体离子交换反应，提出了一种简单且可扩展性强的方法，合成了由 NixS6 纳米颗粒锚定在 Ni(OH)2 纳米片上形成的三维多孔纳米笼 NixS6/Ni(OH)2 混合体。在不对称超级电容器中，NixS6/Ni(OH)2 混合体在电流密度和功率密度分别为 1 A g-1 和 62.56 W kg-1 时，表现出 2726 F g-1 的高比电容和 31.31 Wh kg-1 的能量密度。这项工作为镍基硫化物电极在低成本和环保前提下的形态结构调控和电化学性能优化提供了重要启示，有利于推动同类电极材料的设计和实际应用。

该成果以“Ultrathin Nanosheet Interconnected NixS6/Ni(OH)2 Hybrid Nanocages: Successive Self-sacrifice Template Fabrication and Exceptional Performance in Supercapacitors”为题，发表于 Journal of Materials Chemistry C。南昌大学物理与材料学院硕士许云鹏和青年教师刘越为本文共同第一作者，陈伟凡教授为本文通讯作者。


研究亮点

亮点 1：通过离子交换反应成功制得三维中空纳米笼状 NixS6/Ni(OH)2 混合体。

▲

Fig. 1 XRD patterns of the (a) Mg(OH)2 precursor, (b) Ni(OH)2 and (c) NixS6/Ni(OH)2.


▲

Fig. 2 Morphological characteristics of the (a–c) Mg(OH)2 precursor, (d–f) Ni(OH)2 and (g–i) NixS6/Ni(OH)2.


亮点 2：NixS6 纳米颗粒与 Ni(OH)2 纳米薄片结合均匀，更大的比表面积和丰富的多孔通道促进离子扩散。

▲

Fig. 3 SEM image of the NixS6/Ni(OH)2 hybrid and the mappings of Ni, S and O elements.


▲

Fig. 4 (a) TEM and (b) HRTEM images of NixS6/Ni(OH)2 hybrid.


▲

Fig. S3. Nitrogen adsorption−desorption isotherms with corresponding insert pore size distribution curves of NixS6/Ni(OH)2 hybrid material.


亮点 3：良好的电荷传输有助于提升电化学活性，加快电化学反应。

▲

Fig. 5 (a) CV curves of the as-obtained Ni(OH)2 and NixS6/Ni(OH)2 hybrid at 5 mV s−1, (b) CV curves of the NixS6/Ni(OH)2 hybrid at different scan rates from 1 to 10 mV s−1, (c) Galvanostatic charge/discharge curves of Ni(OH)2 and NixS6/Ni(OH)2 hybrid at a current density of 2 A g−1, (d) Galvanostatic charge/discharge curves of NixS6/Ni(OH)2 hybrid at different current densities from 1 to 20 A g−1, (e) The specific capacitances of Ni(OH)2 and NixS6/Ni(OH)2 hybrid at different current densities, (f) Cyclic performance of NixS6/Ni(OH)2 hybrid at a constant current density of 10 A g−1.


▲

Fig. 6 (a) CV curves at various scan rates, (b) Galvanostatic charge discharge curves at various current densities, (c) Cell capacitive and (d) Compared with previous works, the comparative Ragone plots of the NixS6/Ni(OH)2//AC ASC in the two-electrode device.



论文信息

  • Ultrathin nanosheet interconnected NixS6/Ni(OH)2 hybrid nanocages: successive self-sacrifice template fabrication and exceptional performance in supercapacitors
    Yunpeng Xu,   Yue Liu,  Jianyong Ye,  Lizhong Wang,  Sheng Zhuo and  Weifan Chen* （陈伟凡，南昌大学物理与材料学院）
    J. Mater. Chem. C, 2022
    http://doi.org/10.1039/D2TC00036A


第一作者

  • 许云鹏
    南昌大学硕士，主要研究方向为储能电化学，现为天津大学理学院博士生。




刘越 讲师

南昌大学

刘越，南昌大学物理与材料学院讲师，主要从事能源转换与存储材料的合成、太阳能海水淡化及氢燃料电池等方面的研究，以第一/通讯作者在 ACS Sustain. Chem. Eng., ACS Appl. Mater. Inter., J. Mater. Chem. C, Inorg. Chem., Mater. Des. 等学术刊物上发表多篇研究论文。


通讯作者

陈伟凡 教授

南昌大学

陈伟凡，博士，教授/博士生导师，南昌大学国际材料创新研究院和稀土研究院研究员，国家稀土功能材料创新中心研究团队带头人，曾在国有/港资企业从事冶金化工技术研发工作十余年，2007 年 1 月毕业于南京理工大学，获材料科学与工程专业博士学位，并于 2007 年 4 月加盟南昌大学材料学院，2017 年 9 月公派至澳洲 Monash University 余艾冰院士团队做访问研究一年。现担任中国稀土学会理事、中国有色金属学会稀有金属冶金学术委员会委员和江西省稀土标准化委员会副秘书长。近年来，主要从事纳米功能材料合成新方法、构效关系及环境/能源应用，正主持/主持完成国家自然科学基金项目 3 项、国家科技支撑计划子项目和江西省科技支撑计划项目各 1 项，江西省自然科学基金项目 2 项，江西省教育厅科技计划项目 2 项，主持完成与企业合作的产业化项目多项，迄今为止，已发表 SCI 论文约 70 余篇，以第一发明人获得 50 余项发明专利授权，曾获江西省科技进步二等奖和自然科学三等奖各 1 项，其中部分成果已实现转化。



weinxin
我的微信
关注我了解更多内容

发表评论

目前评论：0