铜插层与掺杂调控NiTe2电化学性能的机制研究及其在超级电容器中的应用

为解决高性能超级电容器电极材料开发难题，研究人员通过固相法合成铜插层（Cu0.05NiTe2）和掺杂（Ni0.95Cu0.05Te2）的层状过渡金属二碲化物（LTMDs）。研究发现Ni0.95Cu0.05Te2在1A/g电流密度下具有478F/g的高比电容，5000次循环后仍保持99.18%的循环稳定性，为新型储能材料设计提供重要参考。

　　

在能源危机与环境污染的双重压力下，开发高效稳定的储能器件成为全球科研热点。尽管锂离子电池占据市场主导地位，但其缓慢的充放电速率和安全隐患促使科学家将目光投向超级电容器（SCs）。这类器件凭借高功率密度和快速充放电特性备受关注，但其核心瓶颈在于电极材料的性能优化。层状过渡金属二碲化物（LTMDs）因其独特的夹层结构和丰富的氧化还原活性，被视为极具潜力的候选材料，其中镍碲化合物（NiTe₂）更因特殊的电子结构引起广泛兴趣。然而，如何通过精准调控其晶体结构提升电化学性能，仍是亟待解决的科学难题。

巴拉蒂达桑大学高压研究中心的Rajkumar Sokkalingam团队在《Materials Science for Energy Technologies》发表的研究，通过铜元素的插层与掺杂策略，成功实现了NiTe₂电化学性能的突破。研究人员采用固相反应法合成Cu_0.05NiTe₂和Ni_0.95Cu_0.05Te₂单晶，系统比较了两种改性方式对材料结构特性与储能机制的影响。

研究团队运用X射线粉末衍射（XRPD）解析晶体结构，通过场发射扫描电镜（FESEM）和透射电镜（TEM）观察形貌特征，结合X射线光电子能谱（XPS）和能量色散X射线谱（EDX）分析元素组成与价态，并采用循环伏安法（CV）、恒电流充放电（GCD）和电化学阻抗谱（EIS）评估电化学性能。

结构研究

XRPD与Rietveld精修证实两种材料均具有CdI₂型三角晶系结构（空间群P3m1），但铜掺杂导致晶面间距收缩。TEM显示Cu_0.05NiTe₂保持完整层状排列，而Ni_0.95Cu_0.05Te₂呈现更致密的晶体形态，这与FESEM观察到的表面形貌演变一致。

表面化学分析

XPS谱图揭示Ni 2p_3/2在852.3-855.96eV区间存在多重峰，证实Ni²⁺与NiTe₂的共存；Te 3d_5/2在572.14-576.14eV的双峰特征表明Te^2-与表面氧化产物TeO₂的形成。特别值得注意的是，Cu 2p_3/2在931.98eV（插层）与932.98eV（掺杂）的位移，证实了铜以不同化学状态存在。

电化学性能

在3M KOH电解液中，Ni_0.95Cu_0.05Te₂展现出478F/g的卓越比电容，远超Cu_0.05NiTe₂的212F/g。EIS分析显示掺杂样品的电荷转移电阻（R_ct）低至1.4Ω，比插层样品降低55%。经过5000次循环后，其容量保持率达99.18%，库伦效率稳定在81.58%，显著优于同类铜镍碲化物材料。

该研究通过原子尺度的结构调控，阐明铜掺杂比插层更能有效增强NiTe₂的电荷传输动力学。Ni_0.95Cu_0.05Te₂中铜原子对镍晶格的替代不仅提高了电子电导率，其诱导的晶格畸变还创造了更多活性位点。这种"双功能修饰"策略为设计高稳定性LTMDs电极提供了新思路，推动超级电容器向高能量密度、长循环寿命方向发展。未来研究可进一步探索不同过渡金属掺杂组合对层间电子结构的协同调控机制。