通过原位表面功能化制备多尺度中空核壳纳米结构，用于先进的电化学储能应用

《Inorganic Chemistry Frontiers》：Engineering multiscale hollow core–shell nanostructures via in situ surface functionalization for advanced electrochemical energy storage applications

超级电容器通过核壳结构复合材料Co3O4-HNC@NiCo-LDH实现性能突破。该材料采用ZIF-67纳米立方体构筑空心核心，结合原位生长的3D NiCo-LDH壳层，有效降低内阻并提升离子扩散效率，在2 A g?1电流密度下展现出1862.4 F g?1高电容、76.8 Wh kg?1能量密度及15,000次循环后98.38%的容量保持率。原位拉曼光谱证实材料在循环中动态结构稳定，解决了体积膨胀和颗粒团聚问题。

　　

发展可持续的能源存储技术对于应对气候变化带来的全球性挑战至关重要。超级电容器虽然具有出色的功率密度和循环稳定性，但其能量密度相对较低，这限制了它们在大规模能源存储系统中的广泛应用。为了解决这一局限性，我们设计了一种新型复合电极材料，该材料采用了核壳结构。核心部分由结构明确的ZIF-67纳米立方体（NCs）制成，并通过创新工艺将其加工成中空结构，从而增强了离子扩散能力并降低了内部电阻，提高了整体能量存储容量。同时，外壳由三维层状双氢氧化物NiCo-LDH组成，这种材料是通过室温方法原位合成的，具有较高的电化学活性和丰富的活性位点，有利于高效存储电荷。最终合成的多尺度中空核壳材料Co₃O₄-HNC@NiCo-LDH结合了外壳和核心材料的优点，同时解决了这些材料单独使用时可能出现的问题，如体积膨胀和团聚现象。这种材料有效缓解了电化学反应过程中可能遇到的问题，进一步提升了性能和使用寿命。值得注意的是，原位拉曼光谱技术被用来追踪电化学循环过程中的氧化还原动态和结构变化，从而验证了其电荷存储机制的稳定性和有效性。所得材料Co₃O₄-HNC@NiCo-LDH表现出优异的电容性能（在2 A g^-1电流下为1862.4 F g^-1）、高能量密度（在2 A g^-1电流下为76.8 Wh kg^-1）以及出色的循环稳定性（在15 A g^-1电流下经过15000次循环后仍保持98.38%的容量），为下一代超级电容器提供了有前景的解决方案。