無氨合成新方法！在碳片上構建異質結贗電容電極，用于超級電容器

1成果簡介

氮化釩（VN）被視為超級電容器的理想電極材料，但其易氧化和溶解的特性限制了其廣泛應用。本文，寧夏大學譚永濤 副教授、天津大學劉浩銳 副教授、徐建鐵 教授等在《ChemEurJ》期刊發表名為“Construction of Heterostructure Pseudocapacitive Electrode VN/MnOxon Carbon Sheet Synthesized by C3N4 Self-Sacrifice Method for Supercapacitors”的論文，研究提出采用C3N4自犧牲法在碳片上構建異質結構贗電容電極VN/MnOx用于超級電容器。

該方法既可避免使用NH3，又能同步制備碳材料。通過調節錳含量可縮小帶隙，從而提升導電性并加速電化學動力學過程，進而增強電化學性能。優化后的C/VN/MnOx電極在0.5 A g?1電流密度下實現424 F g?1的峰值比電容，顯著優于C/VN-700基材（150 F g?1）。此外，組裝的Ni(OH)?//C/VN/MnOx-700-1器件展現出37.05 Wh kg?1的高能量密度，經20,000次循環后仍保持84%的優異循環壽命，這將進一步推動釩納米材料在超級電容器中的應用。本研究開創了無氨合成新路徑，構建出異質結贗電容電極實現高比電容，推動了釩氧化物材料在高性能超級電容器中的實際應用。

2圖文導讀

方案一、Schematic diagram of preparation of C/VN/MnOx.

圖1、SEM images of a) C/VN-700, b) MnVO-1, c) C/VN/MnOx-700-0.2, d) C/VN/MnOx-700-0.5, e) C/VN/MnOx-700-1, f) C/VN/MnOx-700-2 and g) C/VN/MnOx-700-4; h) TEM images (inset: particle size distribution), i) HRTEM, j) elements mapping and k) electron diffraction pattern of C/VN/MnOx-700-1; l) XRD patterns of C/VN/MnOx-700-Y.

圖2、High resolution of XPS spectra of C/VN/MnOx-700-Y and C/VN-700: a) N 1s, b) V 2p, and c) Mn 2p.

圖4、Electrochemical performance analysis of C/VN-700 and C/VN/MnOx-700-Y: a) CV curves, b) GCD curves, c) specific capacitances (inset: specific capacitances at 0.5 A g?1), d) EIS plots.

圖4、Pseudocapacitance analysis of C/VN/MnOx-700-1: a) CV curves at different scan rates from 5 to 50 mV s?1, b) Corresponding logarithm (peak current) and logarithm (scan rate) plots obtained from the CV data, c) CV curve with capacitance contribution at 5 mV s?1, d) Capacitive contribution at different CV scanning rates.

圖6、Electrochemical performance analysis of C/VN/MnOx-X-1: a) CV curves, b) GCD curves, c) specific capacitances, and d) EIS plots.

圖7、Electrochemical properties of Ni(OH)2//C/VN/MnOx-700-1 supercapacitors: a) CV curves of Ni(OH)2 and C/VN/MnOx-700-1 at 5 mV s?1 scanning rate, b) CV curves at different scanning rates, c) GCD curves at different current densities, d) Ragone plot, e) Cycle life.

3小結

通過惰性氣氛下的C3N4自犧牲法成功合成了C/VN/MnOx復合材料。引入MnOx后可調節并縮小帶隙，從而提升電化學性能。優化后的C/VN/MnOx材料在0.5 A g?1電流密度下可達424 F g?1的峰值比電容，顯著超越C/VN-700材料（150 F g?1）。此外，組裝的Ni(OH)?//C/VN/MnOx-700-1器件還展現出37.05 Wh kg?1的高能量密度，在20,000次循環后仍保持84%的優異循環壽命，這將進一步推動VN在超級電容器中的應用。

文獻：
https://doi.org/10.1002/chem.202503084

來源：材料分析與應用