1成果简介
由于原始碳基底缺乏活性基团且分散性较差，导致其无法与其他材料有效复合，从而使它们之间的电子转移效率低下。因此，要设计出具有高导电性和电化学性能的碳基复合材料，首先必须增强它们之间的电子传递。本文，上海大学李珍 研究员在《Carbon》期刊发表名为”Enhancing heterojunction interface charge transport efficiency in NiCo-LDHs@Co/ CoO-CNFs for high-performance asymmetric and zinc-ion hybrid supercapacitors“的论文，研究通过电纺丝方法合成了具有中孔、高石墨化程度和机械柔性的Co/CoO量子点掺杂碳纳米纤维（Co/CoO-CNF）材料。然后，在Co/CoO-CNFs上原位均匀负载超薄 NiCo-LDHs，形成 NiCo-LDHs@Co/CoO-CNFs。
利用Co/CoO-CNFs（EF=-4.44 eV）和 NiCoLDHs （EF=-2.12 eV）之间的费米能级差和异质界面，电子可以在电化学反应过程中迅速从NiCoLDHs传导到Co/CoO-CNFs，从而使 NiCoLDHs@Co/CoOCNFs 在 1 A g-1 的条件下表现出 2055 F g-1 的优异比电容。在柔性不对称超级电容器中使用时，NiCo-LDHs@Co/CoO-CNFs 的能量密度高达 54.0 Wh kg-1（760.0 W kg-1）。此外，组装成 Zn 离子混合超级电容器后，NiCo-LDHs@Co/CoO-CNFs 还能显示出 108Wh kg-1 和 914.8W kg-1 的超高能量密度，以及出色的工作耐久性（10000次循环后电容值为 98.2%）。
2图文导读
方案1. NiCo-LDHs@Co/CoO-CNFs 合成过程示意图
图1. (a) CNFs、(b) Co/CoO-CNFs、(c) NiCo-LDHs@CNFs、(d) NiCo-LDHs@Co/CoO-CNFs、(e) NiCo-LDHs@Co/CoO-CNFs的 SEM-EDS 图谱。
图2. (a) CNF、(b) Co/CoO-CNF、(c) NiCo-LDHs@Co/CoO-CNF的 TEM 图像，(d,e) NiCo-LDHs@Co/CoO-CNF的 HRTEM 图像，(f) NiCo-LDHs@Co/CoO-CNF的选区电子衍射图。
图3：（a）Co/CoO-CNFs 和 CNFs 的 XRD 图样。(b) NiCo-LDHs@Co/CoO-CNFs、NiCo-LDHs@CNFs 和 NiCo-LDHs 的 XRD 图。(c) Co/CoO-CNFs 和 CNFs 的拉曼光谱。(d）NiCo-LDHs@Co/CoO-CNFs、NiCo-LDHs@CNFs 和 NiCo-LDHs 的 XPS 勘测光谱。(e) Ni 和 (f) Co 的高分辨率 XPS 光谱。
图4. (a) CV curves at 3 mV s-1, (b) GCD curves at 1 A g-1 of NiCo-LDHs@Co/CoO-CNFs, NiCo-LDHs@CNFs, and NiCo-LDHs. (c) CV curves at various scan rates, (d) GCD curves at different current densities of NiCo-LDHs@Co/CoO-CNFs. (e) Specific capacitance at different current densities of the three electrodes. (f) Nyquist plots of these three electrodes. (g) 5000 cycles GCD measurements at 5 A g-1 of NiCo-LDHs@Co/CoO-CNFs and the inset shows the Nyquist plots of NiCo-LDHs@Co/CoO-CNFs (before cycling) and NiCo-LDHs@Co/CoO-CNFs (after cycling). (h) Peak current density versus scan rate plot of NiCo-LDHs@Co/CoO-CNFs. (i) Capacity contribution ratios of NiCo-LDHs@Co/CoO-CNFs at different scan rates.
图5：（a、b）NiCo-LDHs 和 Co/CoO-CNFs 接触和形成异质界面前的能级图。(c) CNFs、Co/CoO-CNFs、NiCo-LDHs@CNFs 和 NiCo-LDHs@Co/CoO-CNFs 的奈奎斯特图和 Rct 值（插图）。(d）NiCo-LDHs@Co/CoO-CNFs 中电子传递和离子扩散过程示意图。
图6. (a) ASC 设备示意图。(b) YP-50 和 NiCo-LDHs@Co/CoO-CNF 电极在 5 mV s-1 时的 CV 曲线。(c) ASC 器件在不同电压窗口下的 CV 曲线。(d) ASC 器件在不同扫描速率下的 CV 曲线。(e) ASC 器件在不同电流密度下的 GCD 曲线。(f) 不同电流密度下 ASC 器件的比电容。(g) 与之前报道的材料组装的 ASC 的 Ragone 图比较。(h) ASC 器件在 10000 次循环和照明实验（插图）期间的循环性能。
图7：（a）NiCo-LDHs@Co/CoO-CNFs//ZnSO4//Zn 的结构和工作机理。NiCo-LDHs@Co/CoO-CNFs//ZnSO4//Zn 的电化学特性：（b）不同电位窗口下 10 mV s-1 的 CV 曲线，（c）20-300 mV s-1 的 CV 曲线，（d）1-10 A g-1 的 GCD 曲线，（e）不同电流密度下的比容量，（f）Ragone 图，（g）长时间循环测试。
3小结
为了解决 LDHs 导电性差和易聚集的问题，我们设计了掺杂 Co 和 CoO 量子点的新型 CNFs，并通过煅烧后的简单电纺丝方法合成了 CNFs 作为基底材料。Co 和 CoO 量子点的引入提高了 CNFs 的石墨化程度，在其表面形成了多孔结构，并在基底和 LDHs 之间构建了高速电子传递通道。特别是在电化学反应过程中，Co/CoO-CNF（EF=-4.44 eV）基底和 NiCo-LDHs（EF=-2.12 eV）之间的费米能级差和异质界面加速了电子从 NiCo-LDHs 向 Co/CoO-CNFs 的转移。此外，NiCo-LDHs 以超薄纳米片的形状均匀地覆盖在 Co/CoO-CNFs 表面，大大增加了它们与电解质的接触面积。
得益于 Co/CoO-CNFs 的多孔结构、NiCo-LDHs 的高度分散以及异界面的快速电子传输，NiCo-LDHs@Co/CoO-CNFs 表现出了优异的电化学性能。在 1 A g-1 的电流密度下，NiCo-LDHs@Co/CoO-CNFs 的比电容可达 2055 F g-1。在柔性非对称超级电容器（ASC）中使用时，NiCo-LDHs@Co/CoO-CNFs 在 760.0 W kg-1 的条件下显示出 54.0 Wh kg-1 的高能量密度。此外，当组装成 Zn 离子混合超级电容器（ZHSC）时，NiCo-LDHs@Co/CoO-CNFs 还能在 914.8 W kg-1 的条件下显示出 108 Wh kg-1 的超高能量密度，以及出色的工作耐久性（10000 次循环后电容为 98.2%）。我们的工作通过引入Co和CoO量子点来构建异质界面，实现LDHs和CNF基底之间的高效电子传输，从而拓宽了LDHs在电化学领域的应用。
文献：
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