湖南工业大学朱裔荣副教授CEJ：双功能氮掺杂碳量子点提升电池型Ni-Co-Se空心微球正极材料用于构筑超快电化学动力学的混合型超级电容器

【文章信息】

双功能氮掺杂碳量子点提升电池型Ni-Co-Se空心微球正极材料用于构筑超快电化学动力学的混合型超级电容器

第一作者：卢志慧

通讯作者：朱裔荣*，肖金*

单位：湖南工业大学

【研究背景】

目前，为了满足高能量、高功率密度的电化学储能系统的需求，混合型超级电容器因结合了电池和超级电容器的互补特性而受到越来越多的关注。然而，由于电池型正极和电容型负极之间的动力学不平衡，使得混合超级电容器难以在高的功率密度下实现高的能量密度。因此，合理设计和开发具有优异的动力学性能的电池型正极材料对于协同提升混合型电容器的能量密度和功率密度具有重要的意义。

而电极材料作为超级电容器的关键组成部分直接决定了超级电容器的性能。电池型双金属硒化物作为一种理论比容量高、电子导电性好、电化学活性好的新型电极材料，用于高能量和高功率密度的混合电容器具有巨大的应用潜力。此外，碳量子点作为一种新型的碳材料，由于其许多独特的优点，已被用于制备复合材料以改善电化学性能。尤其值得注意的是，氮掺杂碳量子点可以表现出增强的电子电导率和润湿性。因此，氮掺杂碳量子点修饰双金属硒化物有望表现出优异的电化学性能。

目前尚无氮掺杂碳量子点/双金属硒化物作为正极材料应用于混合型超级电容器的报道，特别是对氮掺杂碳量子点增强双金属硒化物电化学性能的机理的理论解释。

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【文章简介】

基于此，湖南工业大学朱裔荣副教授在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“Battery-type Ni-Co-Se hollow microspheres cathode materials enabled by bifunctional N-doped carbon quantum dots with ultrafast electrochemical kinetics for hybrid supercapacitors”的研究论文，湖南工业大学硕士研究生卢志慧为本文第一作者，朱裔荣、肖金为通讯作者。

​该工作首次以双功能氮掺杂碳量子点作为尺寸调控剂和导电剂，通过水热法合成了新型氮掺杂碳量子点/Ni-Co-Se (N-CQDs/Ni-Co-Se)空心微球复合材料。由于高导电性的氮掺杂碳量子点（快速的电子转移）和尺寸减小的Ni-Co-Se中空微纳米结构（增强的离子传输）两者的协同作用，所构建的电池型N-CQDs/Ni-Co-Se中空微球复合正极材料表现出优异的倍率性能，并且利用一系列深入的电化学动力学分析和密度泛函理论计算来阐明其优异的动力学性能。

​基于N-CQDs/Ni-Co-Se空心微球复合正极组装的混合超级电容器在38.3 kW kg−1高的功率密度下展现出了高达23.1 Wh kg−1的能量密度。

图1. N-CQDs/Ni-Co-Se空心微球复合材料的形成过程示意图

图2. Ni-Co-Se和N-CQDs/Ni-Co-Se复合材料的物理表征

图3. Ni-Co-Se和N-CQDs/Ni-Co-Se复合材料的物理表征

图4. Ni-Co-Se和N-CQDs/Ni-Co-Se电极的电化学性能对比

图5. Ni-Co-Se和N-CQDs/Ni-Co-Se电极的电化学动力学分析

图6. N-CQDs/Ni-Co-Se的DTF计算分析

图7. N-CQDs/Ni-Co-Se//PC混合超级电容器的电化学性能

​【文章链接】

Battery-type Ni-Co-Se hollow microspheres cathode materials enabled by bifunctional N-doped carbon quantum dots with ultrafast electrochemical kinetics for hybrid supercapacitors

https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.138347

【通讯作者简介】

朱裔荣，湖南工业大学副教授，工程师，硕士生导师，新能源材料与器件专业系主任，湖南省杰出青年基金获得者，湖南省优秀博士学位论文获得者，入选湖南工业大学渌江学者“精英人才”计划。担任Chinese Chemical Letters、Rare Metals、物理化学学报青年编委，中国化学会会员，中国有色金属学会会员。

​主要研究领域：新能源材料与储能器件（超级电容器、锌离子电池/电容器）。2008年获中南大学应用化学专业工学硕士学位；2008-2012年在株洲宏达电子有限公司从事军用电容器的生产工艺技术和研发工作；2015年获中南大学冶金物理化学专业工学博士学位；2016-2019年在中南大学材料科学与工程博士后流动站工作。主持湖南省杰出青年基金、国家自然科学基金、中国博士后特别资助基金、中国博士后面上基金、湖南省自然科学基金、湖南省教育厅优秀青年基金及企业科研项目等。

​以第一作者/通讯作者在Energy & Environmental Science, Advanced Energy Materials, Energy Storage Materials, Nano‑Micro Letters等国内外知名SCI期刊上发表论文40余篇，其中封面论文1篇，EES热点论文1篇，ESI热点论文2篇，ESI高被引论文8篇，论文他引5200余次，H指数43。担任Advanced Functional Materials, Energy Storage Materials等30余个国内外知名SCI期刊的审稿人。申请及授权国家发明专利10余项。获湖南省国防科技进步三等奖（第1）、株洲市科技进步三等奖（第2）等。

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肖金，博士（后），讲师。目前就职于湖南工业大学理学院应用物理系。主要从事低维材料物理化学性质相关的理论研究，研究领域包括半导体缺陷物理、热电性质、载流子输运机理、低维纳米材料物性调控和离子能源电池等。主持国家自然科学基金、博士后面上基金、湖南省自然科学基金、湖南省教育厅优秀青年基金等项目。

​在Angew. Chem. Int. Ed.，Nat. Commun., J. Phys. Chem. Lett., Phy. Rev. B, J. Phys. Chem. C, Phys. Chem. Chem. Phys., J. Phys.: Condens. Matter等国内外主流学术期刊上发表SCI论文40余篇。