CRC丨[中科院过程所崔彦斌课题组]用于超级电容器的高性能γ-MnS/纳米多孔碳/还原型氧化石墨烯复合材料的合成
近日，中国科学院过程工程研究所崔彦斌课题组在Carbon Resources Conversion期刊上发表题为“Synthesis of γ-MnS/nanoporous carbon/reduced graphene oxide composites for high-performance supercapacitor”的文章。
研 究 背 景
作为一种新型电化学储能设备，超级电容器(Supercapacitors , SC)具有比电容高、功率密度高、循环寿命长、充放电速率快等优点。然而，相对较低的能量密度限制了其在能量存储领域的应用与发展。电极材料作为超级电容器的重要组成部分，其结构与电化学性质是影响超级电容器的性能的重要因素。因此，开发高比电容的电极材料以提高超级电容器的能量密度是目前超级电容器的研究重点。
金属-有机框架材料衍生制备的纳米多孔碳(NPC)是一种独特的多孔材料，理论比表面积约达7000m2/g，密度低，孔径可控，被认为是SC潜在的电极材料。管已经对MnS，NPC，rGO，NPC/rGO作为电极材料进行了一些研究，但是涉及这些材料的复合电极尚未有用于SC的报道。
研究结果及意义
图1. γ-MnS/NPC/rGO-1合成示意图
该研究利用金属-有机框架材料(ZIF-8)制备得到纳米多孔碳(NPC)，将其与不同浓度的还原氧化石墨烯(rGO)复合，获得不同电极材料NPC/rGO-x(x=0.5、1.0、1.5和2.0，见图1示意图)，其中，NPC/rGO-1具有最高比表面积(1211.9 m/g)。
图2a和2b 为不同扫描速率下NPC和NPC/rGO-1的CV曲线。随着扫描速率的增加，这些曲线所覆盖的面积增大，表明电解质具有良好的速率性能和电化学可逆性。NPC和NPC/rGO-X电极在5mv/S时的电化学速率曲线确定了电极NPC/rGO-1具有最大电容。图2c中NPC和NPC/rGO-x的GDC曲线呈等腰三角形，表现出优异的电容性能和优异的电化学性能。由图2d可知NPC/rGO-1电极的放电时间比其他样品长，这表明该电极具有较大的稳定性，具有优越性。
图2. (a) NPC与(b) NPC/rGO-1的CV曲线图,(c) NPC的GDC图, (d) 0.5 A/g时各材料的GDC曲线比较
图3.（a）γ-mns/npc/rgo-1的CV和(b)GDC曲线，(c)γ-mns/npc/rgo-1b 值确定，(d) NPC，NPC/RGO-1和 γ-Mns/NPC/RGO-的EIS图，(e) γ-mns/npc/rgo-1的循环稳定性。
为进一步提高比电容，通过水热法将过渡金属硫化物(γ-MnS)与NPC/rGO-1复合得到γ-MnS/NPC/rGO-1。采用恒流充放电、循环伏安法和电化学阻抗法考察了NPC/rGO-x和γ-MnS/NPC/rGO-1的电化学性能。NPC/rGO-1在0.5 A/g时比电容为207 F/g，γ-MnS/NPC/rGO-1在0.5 A/g时比电容为300 F/g，且1 A/g时循环10000次后电容保持率仍为70%。对该现象的进一步探究对提升电池性能及稳定性会有一定的积极意义。
文章信息及通讯作者介绍
Synthesis of γ-MnS/nanoporous carbon/reduced graphene oxide composites for high-performance supercapacitor.
Abiola Ganiyat Olatoye, Jie Zhang, Qianyu Wang, Erping Cao, Wenli Li, Emmanuel Oluwaseyi Fagbohun, Yanbin Cui.
Carbon Resources Conversion 2022, 5(3), 222-230.
https://doi.org/10.1016/j.crcon.2022.06.002
通讯作者：崔彦斌
中国科学院过程工程研究所 研究员、博士生导师
主要研究方向：
纳米材料、固危废处置、催化剂设计、清洁能源等。
学术成就及奖项：
承担国家重点研发计划、国家自然科学基金及企业横向项目30余项，研究成果形成若干工业化应用
近五年发表论文40余篇
申请国家发明专利10余项
获得省部级科技进步奖1项
社会兼职：
中国化工学会稀土催化与过程专业委员会副秘书长
Carbon Resources Conversion编委
Particuology助理编辑
期 刊 介 绍
Carbon Resources Conversion (CRC) 是一本专注于碳资源转化的国际学术期刊。
沈阳化工大学校长许光文教授和希腊雅典农业大学食品科学与人类营养学系Seraphim Papanikolaou教授担任主编。
期刊自2018年创刊以来，致力于推广碳资源基础研究和工业发展方向的优质学术文章，主要发表包括化石资源、生物质、有机废弃物、碳基平台化合物等各种碳资源清洁、高效、增值、低碳利用相关的基础研究和工业开发成果。期刊编委成员包括来自中国、美国、英国、法国、日本、韩国等多个国家的知名学者。
目前，期刊入选2021年中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目；2022年CiteScore高达9.7, 位列所在学科的前10%
同时被EI Compendex、DOAJ、INSPEC、Scopus、CAS等重要数据库收录。
主 编 介 绍
主编：许光文 教授，博士生导师
沈阳化工大学学科带头人
资源与化工教育部重点实验室主任、校长
学术成就及荣誉：
在Applied Catalysis B、AIChE J.、Chem. Eng. J.、Chem. Eng. Sci.、Applied Energy、Environ. Sci. Technol.、Bioresource Technol.，以及《中国科学》《化工学报》等期刊发表论文400余篇
中科院“百人计划”入选者
“十三五”国家重点研发计划煤炭清洁利用与先进节能技术重点专项总体专家组专家
国家973计划项目首席科学家
“十二五”国家863计划先进能源技术领域洁净煤技术主题专家组专家
首批国家黄大年式教师团队
主编：
Seraphim Papanikolaou 教授
微生物技术领域专家
希腊雅典农业大学食品科学与人类营养学系
主要研究领域：
发酵生物技术
农业工业废弃物和残留物的生物技术定量化
由酵母、真菌和细菌合成的微生物代谢化合物的生产
学术成就：
发表同行评议文章200篇
会议文章140余篇
完成专著章节11篇
为超过120本学术期刊审稿
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