【摘 要】
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钴镍基化合物具有独特的结构和更快的电子传导速率,表现出优异的充放电行为。然而制备高性能的电极材料通常受到形貌尺寸难以控制、稳定性较差、比表面积低等因素的影响,导致材料的实际容量远低于预期的理论值。因此,通过有效的修饰和调控方法来提高钴镍基电极材料的电化学性能显得尤为重要。在本文的工作中,探究了金属有机框架模板衍生法、离子掺杂和MXene材料复合对钴镍基化合物电化学性能的影响。通过制备具有不同组分的
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钴镍基化合物具有独特的结构和更快的电子传导速率,表现出优异的充放电行为。然而制备高性能的电极材料通常受到形貌尺寸难以控制、稳定性较差、比表面积低等因素的影响,导致材料的实际容量远低于预期的理论值。因此,通过有效的修饰和调控方法来提高钴镍基电极材料的电化学性能显得尤为重要。在本文的工作中,探究了金属有机框架模板衍生法、离子掺杂和MXene材料复合对钴镍基化合物电化学性能的影响。通过制备具有不同组分的纳米材料,极大提高了材料的比表面积和电化学活性。主要研究内容如下:（1）设计了一种镍钴硫化物和氧化物的新型复合材料用于高性能超级电容器。首先采用一步水热法合成了Ni2Co S4@ZIF-67前驱体,然后将Ni2Co S4@ZIF-67作为自牺牲模板,通过高温两步煅烧工艺得到了具有核壳结构的多孔α-Ni（Co）S@Ni Co O2复合材料。归功于独特的多孔核壳类结构以及双金属硫化物和氧化物的巧妙结合,这种异质结构在1 A g-1的电流密度下表现出502.4 m Ah g-1的超高比容量。基于α-Ni（Co）S@Ni Co O2复合材料和商业活性炭的混合超级电容器,在847.5 W kg-1的功率密度下提供82.4 Wh kg-1的高能量密度。（2）通过一步水热和热处理方法制备了Fe、Ni、Mn掺杂的CoSe2纳米材料,由于双金属离子的协同效应,Co Se2的电化学性能得到了显著提高。结果表明,Co0.95Fe0.05Se2的比容量在1 A g-1的电流密度下为177.2 m Ah g-1,明显高于Co0.95Ni0.05Se2(138.9m Ah g-1)和Co0.95Mn0.05Se2(169.3 m Ah g-1)。当Fe的掺杂浓度为5 at.%时,制备的Co0.95Fe0.05Se2纳米材料具有最高电荷存储能力。组装的Co0.95Fe0.05Se2//AC混合电容器装置,在798.9 W kg-1的功率密度下提供46.4 Wh kg-1的高能量密度,在10A g-1下循环10000圈后仍保持了63.0%的初始比电容,具有良好的循环稳定性。（3）采用了一步水热和热处理方法制备了中空球状的Co0.95Fe0.05Se2@Ti2C纳米复合材料。少层Ti2C的表面具有丰富的官能团和较强的界面结合能力,可以抑制Co0.95Fe0.05Se2的过度生长和堆积,为Co0.95Fe0.05Se2提供良好的支撑基体,得益于掺杂和复合的协同优势,制备的Co0.95Fe0.05Se2@Ti2C复合材料具有高的电化学的性能。结果表明,Co0.95Fe0.05Se2@Ti2C-4在1 A g-1的电流密度下,比容量达到了286.2 m Ah g-1。组装的Co0.95Fe0.05Se2@Ti2C-4//AC器件在800.0W kg-1的功率密度下,提供68.9 Wh kg-1的高能量密度,在长循环性能测试后,10 A g-1的电流密度循环10000圈仍保持了65.3%的比电容。
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