硫掺杂双优化策略构建CoNi-MOF-S晶体相/电子结构协同提升准固态超级电容器性能

本文推荐：该研究通过硫掺杂策略构建了CoNi-MOF-S复合材料，双重优化晶体相（形成Co/Ni硫酸盐稳定框架）和电子结构（形成金属-硫共价键），显著提升超级电容器电极性能。材料在6 M KOH中展现701C/g@0.5A g?1的高比电容和>85%@5000圈的循环稳定性，组装的准固态非对称超级电容器（QSS-ASC）能量密度达53.4 Wh kg?1，兼具柔性与实用性。

　　

Highlight

本研究通过硫掺杂策略构建了具有双重协同效应的钴镍金属有机框架材料（CoNi-MOF-S），在电子传输优化和结构稳定性调控方面取得关键突破。硫的引入不仅通过配位化学重构形成强共价键合的金属-硫（M-S）活性位点（XPS证实硫以S^2?和S-O键形式存在），显著提升材料本征电子传导效率（电荷转移电阻降低至0.33Ω），还成功诱导硫酸钴/硫酸镍晶相异质成核（XRD显示特征衍射峰），这些新生晶相在纳米结构中构建"钢筋骨架"般的稳定框架，有效缓解充放电过程中的体积膨胀问题（SEM显示循环后材料保持完整纳米球结构）。

Results and discussion

图1展示了CoNi-MOF-S复合材料的制备及超级电容器组装流程。以对苯二甲酸为有机配体、BDMT为硫化剂，通过溶剂热反应合成由超薄纳米片自组装的纳米球。电化学测试表明，最优样品CoNi-MOF-S2在6 M KOH电解液中表现出卓越的储能性能：

1）比电容高达701C/g@0.5A g^?1，是未掺杂样品的1.8倍；

2）在5 A g^?1下经历5000次循环后容量保持率>85%，展现"长寿基因"特性；

3）组装的柔性准固态非对称超级电容器（QSS-ASC）在379.4 W kg^?1功率密度下实现53.4 Wh kg^?1的能量密度，弯曲状态下仍能点亮LED灯，堪称"可穿戴能源小钢炮"。

Conclusions

该工作揭示了晶相重构与电子结构优化的协同机制：硫原子像"分子焊工"般通过双齿配位模式（BDMT的-SH基团与Co²⁺/Ni²⁺节点形成双桥硫结构）稳定掺杂，同时诱导的硫酸盐晶相作为"纳米弹簧"缓冲体积变化，为设计高性能MOF基电极材料提供了新范式。