超级电容器是一种理想的电能存储设备，具有高的功率密度、长的循环寿命、快的充放电速率以及良好的可逆性等优点。在太阳能能源系统、风力发电系统、新能源汽车、舰载机电磁弹射、导弹发射、电磁炮等民用设备和军用装备上具有十分广阔的应用前景。但是，超级电容器的能量密度较低，限制其在实践中的应用。超级电容器的能量密度与电极材料的自身特性以及形貌结构紧密相关，通过构筑具有高容量和优异形貌结构的电极材料能够有效提高其能量密度和循环稳定性。

重庆三峡学院环境与化学工程学院陈星博士、谢昆教授与东南大学王育乔教授团队，通过调控材料的形貌结构和电子结构的方法设计和制备一系列具有高容量和优异循环稳定性的电极材料，系列研究成果在Chemistry-A European Journal (影响因子为4.857), Journal of Colloid and Interface Science (影响因子为7.489), Journal of Alloys and Compounds (影响因子为4.650)等杂志上发表。

主要研究内容如下：

1.锰的价态对锰氧化物微球超级电容器比电容的影响：通过一步水热法和煅烧法成功制备出四种尺寸近似相等锰氧化物微球，研究不同氧化物在中性电解质中电化学性质，探讨锰的价态对锰氧化物电化学性能的作用机理，研究发现Mn₂O₃电极在电化学充放电过程中呈现出Mn³⁺/Mn²⁺和Mn⁴⁺/Mn³⁺两种氧化还原反应电对；Mn₂O₃电极集成了三维球状构型以及多重氧化态的优点，表现出高的比容量和优异的循环稳定性。

2.过氧化氢诱导生长Ni₃S₂纳米棒片分级结构用于高性能超级电容器：选用过氧化氢作为反应添加剂，通过一步水热过程制备具有分级结构的Ni₃S₂棒片结构。该方法和所制备的电极材料具有以下优点和性能：（1）过氧化氢能够加速硫代硫酸钠水解生成硫离子，诱导Ni₃S₂棒片结构的生成，反应程序简单、经济、可规模化生产；（2）一维纳米棒骨架可以提供高速电子传递的通道，二维纳米片可以提供丰富的电化学边缘活性位点并保护骨架免受电化学腐蚀；（3）Ni₃S₂棒片电极具有高的比容量 (6.24 F cm^-2 at 5 mA cm^-2) 和优越的循环稳定性 (85.7% capacitance retention at 15 mA cm^-2 after 3000)。该工作通过添加诱导剂，在泡沫镍上原位制备Ni₃S₂棒片结构，为制备高性能的超级电容器电极材料提供了高效的方法和路径。

3.构筑硫掺杂的ZIF衍生的Co₃O₄花状微球，制备高性能非对称超级电容器：通过掺杂工程和结构工程构筑硫掺杂的S-ZIF-Co₃O₄花状微球，材料具有以下优点：（1）该花状结构集成一维纳米线和二维纳米片的优点，能够提供有效的电子传输路径和丰富的电化学活性位点；（2）硫掺杂能够有效地提高活性材料的电导率，有利于电子的输运；（3）直接在泡沫镍基底上构筑活性材料，避免使用粘合剂有助于减少“死体积”，降低电极电阻。该工作通过掺杂工程和结构工程构筑S-ZIF-Co₃O₄花状微球，为制备高性能的超级电容器电极材料提供了有效的方法和路径。

（本研究受国家自然科学基金面上项目（NO. 61774033）的支持）

论文链接：

https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/chem.202100113

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021979720305543

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S092583882031135X

作者简介：陈星，男，硕士，重庆三峡学院环境与化学工程学院讲师，东南大学化学化工学院化学工程与技术专业在职博士研究生。研究方向为超级电容器电极材料设计和电化学性能研究，熟练掌握电极材料的性能表征、参数评价和机理解释等。主持省级科研课题4项，发表超级电容器相关论文10篇，其中第一作者发表SCI 4篇、EI 1篇以及中文核心2篇，合作发表SCI论文3篇。