吉林大学「国家杰青」「长江学者」郑伟涛团队，最新AM！双层策略调控异质结构，实现高性能水系储能！

第一作者：Jian Xu, Xiliang Gong

通讯作者：郑伟涛、田宏伟

通讯单位：吉林大学

论文速览

镍-钴（NiCo）磷化物（NCPs）具有高电化学活性，这使它们成为水系储能装置（如超级电容器和锌电池）中有希望的电极材料。然而，NCP的实际比电容和倍率性能需要进一步提高，这可以通过合理的异质结构设计和活性材料在基底上的负载条件来实现。

本论文提出了一种新颖的基于镍钴磷化物（NiCoP）的异质结构，通过构建双功能铋（Bi）夹层策略，显著提升了水系储能器件的电化学性能。通过在碳布（CC）上电沉积BiOI纳米片阵列作为中间层，然后通过磷化处理制备了具有内置电场的分级Bi-NCP异质结构。所得到的CC/Bi-NCP电极展现了均匀、连续的高负载活性材料，实现了高效的电荷和离子传输。

在1 A g^-1的电流密度下，比电容高达1200 F·g^-1，并且在1 mA·cm^-2的电流密度下面积比电容达到4129 mF·cm^-2，展现了优异的倍率能力和持久的循环稳定性。此外，使用这些电极组装的混合型超级电容器、超级电容器电池和碱性锌电池分别达到了64.4、81.8和319.1 Wh·kg^-1的高能量密度。

总体而言，构建的NCP异质结构具有出色的水系储能性能，为开发新型过渡金属基异质结构电极和先进能源设备提供了潜力。

图文导读

图1：BiOI层对后续电沉积过程的影响。

图2：SEM、STEM图像和EDS分析展示了CC/NCP和CC/Bi-NCP-2的形貌和结构特征。

图3：CC/Bi-NCP-x、CC/NCP和CC/Bi电极的循环伏安曲线、恒流充放电曲线、不同电流密度下比电容的比较、不同扫描速率下的CV曲线、面积比电容、EIS Nyquist图、循环稳定性测试以及频率响应。

图4：密度泛函理论（DFT）计算。

图5：以CC/Bi-NCP-2为正极、SDC和Bi₂O₃为负极组装的混合型超级电容器的电化学性能。

图6：以CC/Bi-NCP-2为正极、锌箔为负极组装的碱性锌电池的电化学性能。

总结展望

本文通过构建Bi-NCP异质结构，成功制备了具有卓越电化学性能的CC/Bi-NCP电极。通过Bi夹层策略，不仅改善了NCP前驱体的成核和生长动力学，还增强了异质结构的电荷传输和电子导电性。

实验结果和理论计算共同证实了Bi-NCP异质结构在提高电化学储能性能方面的有效性。此外，本研究展示的异质结构策略具有普适性，对开发新型高效水系储能器件具有重要的科学意义和应用前景。

文献信息

标题：Bi-interlayer Strategy for Modulating NiCoP-based Heterostructure toward High-performance Aqueous Energy Storage Devices

期刊：Advanced Materials

DOI：10.1002/adma.202401452