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用于水系混合超电容的超高容量多级介孔NiO纳米阵列
在各种电化学储能体系中，水系电池和水系超级电容器由于具有成本低廉、安全性高等特点而备受关注。在实际应用中，上述两种储能器件各自存在不同的优势和弊端：对于水系电池，由于其具有多电子转移的氧化还原反应特性，通常表现出比水系超级电容器更高的能量密度，但其功率密度和稳定性则表现欠佳；对于水系超级电容器，其储能过程基于双电层吸附原理，所以往往展现出较高的功率密度，可进行快速充放电，但其能量密度较低。将两种储能器件结合得到的水系混合超级电容器结合了两者的优点，并避免了其缺点，成为发展高能量密度、高功率密度、高稳定性以及高安全性水系储能器件的重要手段。然而，高效电极材料的设计合成仍然是发展高性能水系混合超级电容器的主要挑战。
过渡金属氧化物法拉第电容材料由于具有较高的理论容量，在储能领域备受关注。但是其电子传输速率低、活性物质利用率低以及稳定性较差等缺点限制了其广泛的实际应用。对金属氧化物进行多级及介孔结构的设计是解决上述问题、发展高效法拉第电容材料的有效途径。
近期，北京化工大学刘军枫教授（点击查看介绍）课题组，设计合成了一种多级介孔NiO阵列电极材料(NiO-HMAs)并用于水相混合超电容中。多级介孔NiO阵列通过一种自生成-牺牲模板法制备，具体包括Zn2+和Ni2+在水热环境下的共沉积形成Zn/Ni氢氧化物、煅烧使其转变为ZnO/NiO混合金属氧化物、碱性刻蚀去除ZnO模板形成介孔结构等过程。作为法拉第电容电极，NiO-HMAs表现出超高的电化学比容量(3114 F g-1, 5 mA cm-2)以及良好的循环稳定性能(4000个循环后容量保持87.6%)。该材料的电容值超过了NiO的理论法拉第电容值 （2935 F g-1），主要由于多级介孔阵列结构的设计使得活性材料达到接近100%的利用率，从而使电极的法拉第电容和双电层电容都大大提高。将其与石墨烯气凝胶材料组装成混合电容器，获得了较高的能量密度(67.0 W h kg-1，320 W kg-1)和循环稳定性(6000个循环后容量保持89.6%)。这种自生成-牺牲模板法可以扩展到其他多级多孔金属氧化物电极材料的设计合成当中，以实现活性材料利用率的最大化和电化学性能的最大化。
这一成果近期发表在Nano Energy上，文章的第一作者是北京化工大学15级博士研究生孟格，通讯作者为刘军枫教授。
该论文作者为：Ge Meng, Qiu Yang, Xiaochao Wu, Pengbo Wan, Yaping Li, Xiaodong Lei, Xiaoming Sun, and Junfeng Liu.
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：
Hierarchical mesoporous NiO nanoarrays with ultrahigh capacitance for aqueous hybrid supercapacitor
Nano Energy, 2016, 30, 831-839, DOI: 10.1016/j.nanoen.2016.09.012
刘军枫教授简介
刘军枫，女，教授，博士生导师，于 2002 年和 2007 年在清华大学化学系获得理学学士和理学博士学位。2008年起就职于北京化工大学理学院，化工资源有效利用国家重点实验室。
主要从事无机功能纳米材料的制备及其在催化和能源领域中的应用研究。目前在 Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Chem. Mater., Chem. Commun., Nano Energy等刊物发表学术论文 30 余篇，他引 2000余次。入选2012年北京市科技新星、2012年教育部“新世纪优秀人才支持计划”。
http://www.x-mol.com/university/faculty/8740
http://sci.buct.edu.cn/szdw/jsml/wjhxx1/55903.htm