楼雄文 Angew.Chemie.:以双金属沸石咪唑酯骨架制备双壳层锌钴硫化物十二面体笼的混合超级电容器

【前言】

在诸多电化学储能装置中，混合电容器（HSCs）由于高能量密度，快速充放电的特点和出色的循环稳定性而收到重视。过渡金属硫化物材料由于高的比容量，丰富的还原位点和能提高的电导性成为受到关注的重点。混合金属硫化物在重放电过程中能够实现不同离子之间的转换以及结构上的电子导通的改善。对电池类型电极的设计能够有效地提高材料的电化学性能。表现有高比表面积，丰富的活性位点，电荷转移路径变短的中空结构在许多能量存储行管领域都有体现。在各种中空结构中，多壳层中空结构比单壳层结构具有更好的电化学性能。相邻的壳层结构能够相互作用，最终提高活性物种的数量以及材料的循环性能。

【成果简介】

新加坡南洋理工大学楼雄文（通讯作者）教授课题组采用结合化学刻蚀和硫化过程的方法，以双金属锌基和钴基沸石结构正十二面体为原料，制备双壳层锌-钴硫化物正四面体笼材料，这种材料在1Ag-¹的电流密度下，具有1266Fg^-1的比电容，10000次循环容量保有量为91%的出色循环稳定性。

【图文导读】

图1.材料制备的示意图

双壳层Zn-Co-S正十二面体笼结构（RDCs）制备的流程示意图。

步骤（i）: a）Zn/Co沸石咪咪唑酯正十二面体（ZIF RD）通过化学腐蚀方法转变成b）卵壳结构的Zn/Co 正十二面体笼（ZIF RDC）。

步骤（ii）：卵壳结构的Zn/Co 正十二面体笼（ZIF RDC）通过硫化作用转换成双壳层Zn-Co-S正十二面体笼（Zn-Co-S RDC）。

图2. 材料的电镜照片

ac）高分辨扫描电镜照片和 bd）透射电镜照片。

ab）Zn/Co正十二面体，cd）双壳层Zn/Co-ZIF 正十二面体笼。

图3.双壳层Zn-Co-S正十二面体笼

双壳层Zn-Co-S正十二面体笼的a，b）高分辨扫描电镜照片和c-e）透射电镜照片。

f）双壳层Zn-Co-S正十二面体笼的高角环形暗场像-扫描透射电镜照片及Zn，Co，S的元素面分布图。

图4.电化学测试

a）双壳层和单壳层的Zn-Co-S 正十二面体笼以1 mVs^-1扫速下的CV曲线。

b）不同电流密度下的比容量。

c）10 A g^-1电流密度下的循环性能。

【小结】

课题组利用连续化学腐蚀和硫化的方法制备了结构完整的双壳层中空结构的锌-钴硫化物正十二面体。这一结构相对于单层结构，循环的比容量和稳定性都有很大的提高，为构建中空结构材料应用在储能方面起到有效地推动作用。

原文链接：Formation of Double-Shelled Zinc–Cobalt Sulfide Dodecahedral Cages from Bimetallic Zeolitic Imidazolate Frameworks for Hybrid Supercapacitors

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