三维Co-Al层状双氢氧化物：新型长期稳定性和高效性超级电容器纳米材料
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超级电容器因其快速充放电速率，高功率密度、低成本以及高循环寿命受到广泛关注。碳基超级电容器具有低成本和高稳定性等特点，但其较低的电容 (<300F/g)难以满足能源装置对能量密度的要求。层状双氢氧化物(LDHs)是一类典型的阴离子型插层材料，其中金属氢氧化物构成主体层板，阴离子以及一些水分子等客体嵌入到层间而形成独特的层状结构。这种特殊的双金属阳离子的相互活化作用，使得在超级电容器电极材料方面具有良好应用前景。Co–Al层状氢氧化物（Co-Al-LDHs）因具有优异的电化学性能，是研究最为广泛的层状双氢氧化物之一。目前的报道中，存在电导率低和制备过程中二维纳米片易团聚等问题，导致其比容、倍率性能、稳定性等方面仍不够理想。因此，Co-Al-LDHs的循环稳定性是目前需要解决的首要问题。
上海交通大学的宰建陶博士和钱雪峰教授等人以水和丁醇作为混合溶剂，采用水热方法成功合成了由原子厚度纳米片组成的、具有三维花朵状结构的Co-Al-LDHs材料。其独特的层状结构以及丁醇改性，有效提高了Co-Al-LDHs的电化学稳定性和荷/质传输性能。用于超级电容器电极材料时，表现出较高的比电容（电流密度为1A/g时达到838F/g）、优异的充放电速率(30A/g时达753F/g；100A/g达677F/g），以及很好的循环稳定性（电流密度为5A/g时循环20000次后仍有95%的电容保留）。这项工作为提高超级电容器的电化学性能提供了非常有前景的策略。
论文发表于Nano-Micro Letters2017年第9卷第2期。
详情请免费浏览下载全文：全文链接：http://link.springer.com/article/10.1007/s40820-016-0121-5 【阅读原文】
论文引用信息：
Jiantao Zai. Yuanyuan Liu. Xiaomin Li. Zi-feng Ma. Rongrong Qi. Xuefeng Qian,
3D Hierarchical Co–Al Layered Double Hydroxides with Long-Term Stabilities and High Rate Performances in Supercapacitors. Nano-Micro Lett. (2017) 9:21 http://dx.d oi:10.1007/s40820-016-0121-5.
【图文导读】
Fig. 1 a) XRD pattern, b) SEM image, c) TEM image, and d HRTEM image of the as-prepared 3D Co–Al-LDHs.
Fig. 2 a) Nitrogen adsorption and desorption isotherms, and b) FT-IR spectra of all Co–Al-LDHs samples, where the inset corresponds to the BJH pore size distribution of all Co–Al-LDH samples.
Fig. 3 a) XPS spectrum of 3D Co–Al-LDHs. High-resolution spectra of b) Co 2p, c C1 s, and d Al 2p.
Fig. 4 a) CV curves at different scan rates in 2 M KOH aqueous electrolyte. b) Galvanostatic charge–discharge measurements at different current densities. Specific capacitances at c) different current densities, d) rate performances, and e) long-term cycling performances of 3D Co–Al-LDHs (LDH: Co–Al-LDH, CNT carbon nanotubes, GNS graphene nanosheets, NS nanosheets, GO graphene oxide, rGO reduced graphene oxide).
Fig. 5 a) Cycling performances at 5 A g-1 and EIS spectrums before b) and after c) 1000 cycles of all Co–Al-LDH samples.
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