​同济/上交所AFM：创纪录！高质量负载、面积容量、能量密度

设计高质量负载和高面容量的超级电容器材料是克服超级电容器能量密度低的主要策略。基于此，同济大学蔡克峰教授、中国科学院上海硅酸盐研究所黄健高级工程师等人报道了利用两步循环伏安法制备了具有超高质量负载和高面积容量的NiCo-LDH/NiCoOOH复合薄膜。

该薄膜由NiCo-LDH/NiCoOOH微球与超细纳米片组装而成，具有从大孔到微孔高度有序的孔隙分布和丰富的缺陷活性位点，有利于电解质离子的运输，提高了反应动力学，极大提高了活性物质的利用率。

该膜具有层次化结构，具有80 mg cm^-2的超高质量负载，不仅具有14.7 mAh cm^-2的高面容量，而且具有10.7 mWh cm^-2的创纪录的高能量密度，并且在20000次恒流充放电循环后具有优异的机械稳定性和99%的容量保持率。

为更好地理解氧空位诱导的激活机制，作者采用考虑现场库仑相互作用的密度泛函理论（DFT+U）对电化学激活过程进行了模拟。

NiCo-LDH中氧空位的形成能为3.328 eV，低于NiCoOOH中氧空位的形成能。NiCo-LDH → NiCoOOH的转化能量为5.175 eV，低于Ni(OH)₂ → NiOOH或Co(OH)₂ → CoOOH的转化能量。

在NiCo-LDH晶格中加入氧空位后，其向NiCoOOH的转化能降至1.847 eV，因此缺陷可以显著增强激活过程。

由于NiCo-LDH的缺陷态主要是由Co的d电子和O的p电子组成，发现有空位的NiCoOOH中Ni的d电子有额外的缺陷态。NiCoOOH结构中的氧空位诱导缺陷态从NiCo-LDH空位中的Ni-Co双位点转移到NiCoOOH空位中的Ni位点。

NiCo-LDH和NiCoOOH之间的这些细微缺陷差异会在充放电过程中促进Ni²⁺ ↔ Ni³⁺和Co²⁺ ↔ Co³⁺反应中OH⁻离子的吸附和电子转移，进一步提高电化学性能。Ni和Co的LHB会发生分裂，其中Ni的电子会向下移动，而Co的电子会向上移动以穿透氧的p带，因此通过这种电子结构的调制可以更好地吸附OER反应。

Electrochemically Finely Regulated NiCo-LDH/NiCoOOH Nanostructured Films for Supercapacitors with Record High Mass Loading, Areal Capacity, and Energy Density. Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202305175.

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