由于独特的特性(例如高比表面积、优越的电导率和导热率),近来,基于二维(2D)纳米薄片体系结构的合理设计和合成在储能系统中引起了极大的关注。可以通过简便的水性方法合成具有2D结构的沸石咪唑酸酯骨架(ZIF),并用于获得2D金属/二元金属氧化物。本文在Co-ZIF的合成中加入了氧化石墨烯和Zn
2+,其衍生的氧化物(ZnCoO-G)表现出二维纳米片结构,热处理后Co
3O
4和ZnO纳米粒子分布均匀。与不含氧化石墨烯(ZnCoO)和Zn
2+(CoO-G)的衍生物相比,ZnCoO-G在1 A/g处显示出最高的比电容为711.6 F/g,在5 A/g处1000个周期后的电容保留率为63.6%。另外,以ZnCoO-G和市售活性炭为正负电极的不对称超级电容器(ASC)在功率密度为800 W/kg时的最大能量密度为18.7 W h/kg。
Figure 1. (a,b)ZnCoO-G,(c,d)ZnCoO,(e,f)ZnCoC和(g,h)CoO-G的SEM图像; (i)ZnCoO-G的SEM图像及其(j-m)元素映射图像。
Figure 2. ZnCoO-G的(a,b)TEM和(c)HRTEM图像; (d)ZnCoO,(e)ZnCoC和(f)CoO-G的TEM图像; (g)CoO-G的HRTEM图像。
Figure 3. (a)ZnCoO-G,ZnCoO,ZnCoC和CoO-G的CV曲线;(b)电流密度为1 A/g时ZnCoO-G,ZnCoO,ZnCoC和CoO-G的GCD曲线;(c)ZnCoO-G在不同扫描速率下的CV曲线;(d)ZnCoO-G在不同电流密度下的GCD曲线;(e)在不同电流密度下,根据ZnCoO-G,ZnCoO,ZnCoC和CoO-G的GCD曲线计算出的比电容;(f)电流密度为5 A/g时,ZnCoO-G的循环稳定性和库仑效率。
Figure 4. (a)在三电极电池中, ZnCoO-G和AC电极的CV曲线;(b)ZnCoO-G//AC ASC在不同电压窗口下的CV曲线;(c)ZnCoO-G//AC ASC在不同电流密度下的GCD曲线;(d)ZnCoO-G//AC ASC的Ragone图(插图:ZnCoO-G//AC ASC点亮蓝色LED的数字图像)。
Figure 5. 源自Zn/Co-ZIF/GO的Zn/Co氧化物/GO的示意图。
相关研究成果于2019年由青岛科技大学Qian Zhang课题组,发表在Journal of Energy Storage(https://doi.org/10.1016/j.est.2019.101165)上。原文:Facile fabrication of ZIF-derived graphene-based 2D Zn/Co oxide hybrid for high-performance supercapacitors。