廣西大學王凡課題組通過“差異化”沉積策略實現分級多孔硫化物納米顆粒陣列的合成，并借助陰離子交換反應，有效提升了所得電極的電荷存儲性能。與基于化學還原形成陰離子空穴的電容性能提升策略相比，陰離子交換手段的效率和安全性更高，更適合于高負載量硫化物電極的活化。
具有較高的電導率和高比容量的三元Ni/Co硫化物在電荷存儲和電催化領域中具有廣泛的應用前景。為了有效延續(xù)前驅體納米陣列的優(yōu)勢，Ni/Co硫化物的制備一般通過對前驅體的固相和液相硫化反應實現。但是，前驅體（如氧化物、氫氧化物或碳酸鹽）與硫化物之間顯著的陰離子尺寸差異將會導致硫化產物內出現明顯的結構應力和多物相結構混雜情況，引起硫化產物的無定型化和團聚現象。隨著電極材料負載量增加到較高水平（例如，> 5 mg·cm-2），硫化物的團聚現象更為突出，造成傳質通道堵塞和循環(huán)穩(wěn)定性下降。為此，該課題組基于“差異化”的沉積理念，首先在導電碳布表面形成堿式碳酸鹽納米線陣列，分散了后續(xù)硫化物的沉積位點；隨后在導電碳布表面水熱合成了由CoNi2S4納米顆粒組成的分級多孔納米結構。乙二醇的引入改善了碳布的疏水性，提高了納米結構的負載量；乙二醇分子在產物表面吸附，阻止了納米顆粒進一步長大和團聚，最終形成小顆粒相互堆疊、疏松多孔的海綿結構，有效地暴露活性位點，提高了傳質效率。 硫化物電極的活化也是普遍關注的課題。利用NaBH4的還原能力，在活性物質內引入硫空穴，已經被證明是提升硫化物電導率和電容性能的有效手段。但是，還原過程中產生的氣泡逸出會阻礙還原劑溶液在電極材料內部的滲透，不利于高負載量電極的活化。另一個常被忽略的事實是，合成過程中的溶解氧會造成硫離子轉化為亞硫酸根或硫酸根離子。這些含硫雜質降低了硫化產物的結晶度，增加了電極內部的界面電阻。然而，消除含硫雜質很少被認為是提高硫化物電極電容性能的有效途徑。該課題組采用含硫陰離子之間的交換反應來降低含硫雜質的含量，提高了CoNi2S4電極的結晶度和導電性，增強了Ni與Co離子間的電荷轉移作用，改善了電導率。 經過硫離子交換反應后，電極在10 mA·cm-2時的質量比容量從483 C·g-1增加到841 C·g-1，優(yōu)于經NaBH4活化的電極。此外，組裝的超級電容器在功率密度為4.5 mW·cm?2時，提供了0.58 mWh·cm?2的高能量密度，并且具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。此項研究為改善雙金屬硫化物電極的導電性和電容性能提供了一種安全和低成本的新策略。 論文信息 CoNi2S4 Electrode with High Mass-loading for High-energy-density Supercapacitor: Role of S-containing Anions Exchange Lingfeng Wang, Lu Chen, Shihuan Chen, Lei Zeng, Qinglan Ye, Xuetang Xu and Fan Wang* Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202203898
