第一作者：Jian Xu, Xiliang Gong

通訊作者：鄭偉濤、田宏偉

通訊單位：吉林大學(xué)

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鎳-鈷（NiCo）磷化物（NCPs）具有高電化學(xué)活性，這使它們成為水系儲(chǔ)能裝置（如超級(jí)電容器和鋅電池）中有希望的電極材料。然而，NCP的實(shí)際比電容和倍率性能需要進(jìn)一步提高，這可以通過合理的異質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和活性材料在基底上的負(fù)載條件來實(shí)現(xiàn)。

本論文提出了一種新穎的基于鎳鈷磷化物（NiCoP）的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過構(gòu)建雙功能鉍（Bi）夾層策略，顯著提升了水系儲(chǔ)能器件的電化學(xué)性能。通過在碳布（CC）上電沉積BiOI納米片陣列作為中間層，然后通過磷化處理制備了具有內(nèi)置電場的分級(jí)Bi-NCP異質(zhì)結(jié)構(gòu)。所得到的CC/Bi-NCP電極展現(xiàn)了均勻、連續(xù)的高負(fù)載活性材料，實(shí)現(xiàn)了高效的電荷和離子傳輸。

在1 A g^-1的電流密度下，比電容高達(dá)1200 F·g^-1，并且在1 mA·cm^-2的電流密度下面積比電容達(dá)到4129 mF·cm^-2，展現(xiàn)了優(yōu)異的倍率能力和持久的循環(huán)穩(wěn)定性。此外，使用這些電極組裝的混合型超級(jí)電容器、超級(jí)電容器電池和堿性鋅電池分別達(dá)到了64.4、81.8和319.1 Wh·kg^-1的高能量密度。

總體而言，構(gòu)建的NCP異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有出色的水系儲(chǔ)能性能，為開發(fā)新型過渡金屬基異質(zhì)結(jié)構(gòu)電極和先進(jìn)能源設(shè)備提供了潛力。

圖文導(dǎo)讀

圖1：BiOI層對(duì)后續(xù)電沉積過程的影響。

圖2：SEM、STEM圖像和EDS分析展示了CC/NCP和CC/Bi-NCP-2的形貌和結(jié)構(gòu)特征。

圖3：CC/Bi-NCP-x、CC/NCP和CC/Bi電極的循環(huán)伏安曲線、恒流充放電曲線、不同電流密度下比電容的比較、不同掃描速率下的CV曲線、面積比電容、EIS Nyquist圖、循環(huán)穩(wěn)定性測試以及頻率響應(yīng)。

圖4：密度泛函理論（DFT）計(jì)算。

圖5：以CC/Bi-NCP-2為正極、SDC和Bi₂O₃為負(fù)極組裝的混合型超級(jí)電容器的電化學(xué)性能。

圖6：以CC/Bi-NCP-2為正極、鋅箔為負(fù)極組裝的堿性鋅電池的電化學(xué)性能。

總結(jié)展望

本文通過構(gòu)建Bi-NCP異質(zhì)結(jié)構(gòu)，成功制備了具有卓越電化學(xué)性能的CC/Bi-NCP電極。通過Bi夾層策略，不僅改善了NCP前驅(qū)體的成核和生長動(dòng)力學(xué)，還增強(qiáng)了異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電荷傳輸和電子導(dǎo)電性。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算共同證實(shí)了Bi-NCP異質(zhì)結(jié)構(gòu)在提高電化學(xué)儲(chǔ)能性能方面的有效性。此外，本研究展示的異質(zhì)結(jié)構(gòu)策略具有普適性，對(duì)開發(fā)新型高效水系儲(chǔ)能器件具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用前景。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Bi-interlayer Strategy for Modulating NiCoP-based Heterostructure toward High-performance Aqueous Energy Storage Devices

期刊：Advanced Materials

DOI：10.1002/adma.202401452