樓雄文 Angew.Chemie.:以雙金屬沸石咪唑酯骨架制備雙殼層鋅鈷硫化物十二面體籠的混合超級電容器

【前言】

在諸多電化學儲能裝置中，混合電容器（HSCs）由于高能量密度，快速充放電的特點和出色的循環穩定性而收到重視。過渡金屬硫化物材料由于高的比容量，豐富的還原位點和能提高的電導性成為受到關注的重點。混合金屬硫化物在重放電過程中能夠實現不同離子之間的轉換以及結構上的電子導通的改善。對電池類型電極的設計能夠有效地提高材料的電化學性能。表現有高比表面積，豐富的活性位點，電荷轉移路徑變短的中空結構在許多能量存儲行管領域都有體現。在各種中空結構中，多殼層中空結構比單殼層結構具有更好的電化學性能。相鄰的殼層結構能夠相互作用，最終提高活性物種的數量以及材料的循環性能。

【成果簡介】

新加坡南洋理工大學樓雄文（通訊作者）教授課題組采用結合化學刻蝕和硫化過程的方法，以雙金屬鋅基和鈷基沸石結構正十二面體為原料，制備雙殼層鋅-鈷硫化物正四面體籠材料，這種材料在1Ag-¹的電流密度下，具有1266Fg^-1的比電容，10000次循環容量保有量為91%的出色循環穩定性。

【圖文導讀】

圖1.材料制備的示意圖

雙殼層Zn-Co-S正十二面體籠結構（RDCs）制備的流程示意圖。

步驟（i）: a）Zn/Co沸石咪咪唑酯正十二面體（ZIF RD）通過化學腐蝕方法轉變成b）卵殼結構的Zn/Co 正十二面體籠（ZIF RDC）。

步驟（ii）：卵殼結構的Zn/Co 正十二面體籠（ZIF RDC）通過硫化作用轉換成雙殼層Zn-Co-S正十二面體籠（Zn-Co-S RDC）。

圖2. 材料的電鏡照片

?ac）高分辨掃描電鏡照片和 ? bd）透射電鏡照片。

ab）Zn/Co正十二面體，cd）雙殼層Zn/Co-ZIF 正十二面體籠。

圖3.雙殼層Zn-Co-S正十二面體籠

雙殼層Zn-Co-S正十二面體籠的a，b）高分辨掃描電鏡照片和c-e）透射電鏡照片。

f）雙殼層Zn-Co-S正十二面體籠的高角環形暗場像-掃描透射電鏡照片及Zn，Co，S的元素面分布圖。

圖4.電化學測試

?a）雙殼層和單殼層的Zn-Co-S 正十二面體籠以1 mVs^-1掃速下的CV曲線。

b）不同電流密度下的比容量。

c）10 A g^-1電流密度下的循環性能。

【小結】

課題組利用連續化學腐蝕和硫化的方法制備了結構完整的雙殼層中空結構的鋅-鈷硫化物正十二面體。這一結構相對于單層結構，循環的比容量和穩定性都有很大的提高，為構建中空結構材料應用在儲能方面起到有效地推動作用。

原文鏈接：Formation of Double-Shelled Zinc–Cobalt Sulfide Dodecahedral?Cages from Bimetallic Zeolitic Imidazolate Frameworks for Hybrid?Supercapacitors

本文由材料人新能源學術組東海木子供稿，材料牛整理編輯。

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