過渡金屬硫化物因其高理論比電容和優(yōu)異的電化學活性引起了廣大研究學者的興趣。相關(guān)報道從理論和實驗上都表明合理設(shè)計和制備可控微觀形貌和結(jié)構(gòu)是提高硫化鎳儲能性能的有效策略。為進一步提高NiS電極材料性能，近日，煙臺大學環(huán)境與材料工程學院杜偉教授團隊在國際知名期刊Chemical Engineering Journal（中科院一區(qū)TOP，IF:13.273）上連發(fā)兩篇題為“Morphology controlled hierarchical NiS/carbon hexahedrons derived from nitrilotriacetic acid-assembly strategy for high-performance hybrid supercapacitors”（通訊作者為杜偉教授）和“Embedding NiS nanoflakes in electrospun carbon fibers containing NiS nanoparticles for hybrid supercapacitors”（通訊作者為杜偉教授和解秀波副教授）的高水平研究論文。
該團隊提出了一種次氮基三乙酸（NTA）輔助水熱制備金屬硫化物電極材料的創(chuàng)新策略。該策略巧妙利用了NTA的絡(luò)合作用，在實現(xiàn)碳材料和NiS的牢固結(jié)合的同時，有效調(diào)控了復(fù)合材料單元結(jié)構(gòu)的微觀形態(tài)，其形貌演變?nèi)鐖D1所示。得益于分層組裝模式和穩(wěn)定鍵合的協(xié)同作用，優(yōu)化后的NiS/碳電極（NiS/NTA-2）在1.0 A g-1下具有1530.4 F g-1的優(yōu)異比電容和5000次循環(huán)后85.6%的出色循環(huán)穩(wěn)定性。所構(gòu)建的NiS/NTA-2//AC混合超級電容器具有高達35.1 Wh kg-1的能量密度。該策略利用金屬絡(luò)合物獨特的化學性質(zhì)，顯著提升了超級電容器的儲能效果，為相關(guān)研究提供了新思路。（論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.133673）
圖1NiS/碳六面體復(fù)合材料的形貌示意圖
此外，該團隊創(chuàng)新性地提出了一種新穎且可擴展的“內(nèi)外協(xié)同”策略來全面提升超級電容器的電化學性能。通過該策略將尺寸均勻的NiS納米顆粒通過靜電紡絲技術(shù)封裝在碳纖維的內(nèi)部區(qū)域作為氧化還原活性劑，不但賦予電極法拉第電容，而且有效地避免了納米顆粒的聚集。同時，均勻分布的NiS納米片通過浸漬-硫化過程牢固地嵌入在碳纖維的外表面，顯著擴大了離子擴散區(qū)域，并緩解了體積膨脹，如圖3所示。特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計使NiSNF/CF@NiSNP-3電極在1.0 A g-1下具有高達1691.1 F g-1的比電容。組裝的NiSNF/CF@NiSNP-3//AC混合超級電容器的最大能量密度和功率密度高達31.2 Wh kg-1和4004.3 W kg-1。這種“內(nèi)外結(jié)構(gòu)同時利用”的設(shè)計為增強纖維類電極材料的儲能效果提供了有吸引力和指導(dǎo)性的見解，并且可以被擴展應(yīng)用到各類能源材料系統(tǒng)之中。（論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137262）
圖2NiSNF/CF@NiSNP復(fù)合材料的（a）結(jié)構(gòu)設(shè)計理念和（b）制備流程示意圖
杜偉教授長期致力于碳基復(fù)合材料的制備及器件應(yīng)用研究，已完成國家自然科學基金和山東省中青年科學家獎勵基金各1項，山東省研究生教育創(chuàng)新項目1項，參與省部級以上項目7項。在Chemical Engineering Journal，Journal of Colloid and Interface Science，ACS Applied Materials & Interfaces，Nanoscale等國際高水平學術(shù)期刊發(fā)表SCI論文80余篇，被引用2000余次。應(yīng)出版社邀請，成為ChemicalEngineeringJournal、Journal ofMaterialsChemistry A、ElectrochimicaActa、Journal ofAlloys andCompounds、Journal ofEnergyChemistry等雜志審稿人。
