西北工業大學李賀軍&盧錦花J. Mater.：鈷酸鹽尖晶石MCo2O4（M=Ni，Co和Mn）分層納米

DOI: 10.1016/j.jmat.2020.12.007

合理構建具有適當結構和組成的過渡金屬氧化物電極材料是提高其電化學性能的有效策略。在此，以電紡納米纖維為前驅體，采用多步驟自模板法制備了一種新型MCo2O4分層納米纖維（H-MCo2O4NFs，M=Ni，Co和Mn）。得益于獨特的結構，如表面有大量垂直互連的納米片和一維交織納米纖維網絡，所制備的H-NiCo2O4NFs電極顯示出1750 F g-1的高比電容（在電流密度為0.5 A g-1時），良好的倍率性能（在20 A g-1下的電容保持率為70％）和出色的循環穩定性（6000次循環后電容保持率為92％）。此外，由H-NiCo2O4NFs和活性炭（AC）組裝而成的固態混合超級電容器在800 W kg-1的功率密度下可提供38.4 Wh kg-1的高能量密度，且具有出色的循環穩定性。因此，H-NiCo2O4NFs是一種很有前途的超級電容器電極的候選材料，本研究所提出的自模板法為一維分層金屬氧化物的制備提供了一條新的途徑。

圖1.H-MCo2O4NFs（M=Ni，Co，Mn...）的合成過程示意圖。

圖2.（a）-（d）H-NiCo2O4NFs的SEM圖像。

圖3.（a）-（d）H-NiCo2O4NFs的TEM圖像，（e）HRTEM圖像，（f）SAED圖譜和（g）TEM-HAADF圖像以及相應的EDX映射圖像。

圖4.（a）H-NiCo2O4NFs的XRD圖譜以及（b）Ni 2p，（c）Co 2p和（d）O 1s高分辨率XPS光譜。

圖5.（a）-（d）H-MnCo2O4NFs和（e）-（h）H-Co3O4NFs的形態和結構表征：（a），（b），（e），（f）SEM圖像；（c），（g）EDX映射圖像；（d），（h）XRD圖譜。

圖6.（a）不同NiCo2O4樣品在50 mV s-1下的CV曲線和（b）1 A g-1下的GCD曲線；（c）H-NiCo2O4NFs在不同掃描速率下的CV曲線，以及（d）在不同電流密度下的GCD曲線；（e）不同NiCo2O4樣品的倍率性能和（f）循環性能。

圖7.（a）log（峰值電流）和log（掃描速率）的擬合圖；（b）不同掃描速率下電容和擴散控制過程的貢獻率。

圖8.（a）在三電極系統中，H-NiCo2O4NFs和AC電極在20 mV s-1下的CV曲線；（b）H-NiCo2O4NFs//AC混合超級電容器在0?1.6V的電位窗口中以不同掃描速率獲取的CV曲線和（c）在不同電流密度下的GCD曲線；（d）不同電流密度下的比電容；（e）不同NiCo2O4基混合超級電容器的Ragone圖；（f）H-NiCo2O4NFs//AC混合超級電容器的循環性能（插圖f是由兩個串聯混合超級電容器供電的紅色LED的數字圖像）。