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杨少卿1,2, 张昊2, 张含明3, 张王志3, 张海涛1,2, 罗俊1,2
1. 电子科技大学
2. 电子科技大学(深圳)高等研究院
3. 青海油田油气工艺研究院
YANG Shaoqing1,2,
ZHANG Hao2*, ZHANG Hanming3, ZHANG Wangzhi3,
ZHANG Haitao1,2*, LUO Jun1,2*
1. University of Electronic Science and Technology of China
2. Shenzhen Institute for Advanced Study,
University of Electronic Science and Technology of China
3. Oil & Gas Technology
Research Institute of Qinghai Oilfield Company
摘要: 为揭示相邻过渡金属单原子位点对碳基超级电容器电极储能动力学的影响, 本文以活性炭为碳基底, 通过金属–配体配位及碳化策略制备了Fe和Co两种金属单原子修饰氮掺杂碳材料(M@NC), 并以不含金属单原子位点的NC作为对照样品. 结构表征表明, NC, Fe@NC和Co@NC具有相近的碳基结构和孔结构特征; Fe和Co物种均以高度分散状态锚定于氮掺杂碳基体中, 形成M–N4配位结构. 电化学测试结果显示, Fe@NC和Co@NC相较于NC具有更高的比电容, 说明金属单原子位点的引入能够改善碳基电极的储能行为. Fe@NC 和Co@NC在1 A g?1下表现出相近的比电容, 分别为106和109 F g?1, 当电流密度提升至20 A g?1时, Co@NC的电容保持率为55%,明显高于Fe@NC的38%, 说明Co单原子位点更有利于改善碳基电极的高倍率电容保持能力. 进一步动力学分析表明, Co@NC具有较高的电容控制贡献比例, 更低的电荷转移阻抗和更优的离子扩散特征, 表明Co单原子位点更有利于快速电荷/离子传输过程. 结果说明, 金属单原子位点对碳基超级电容器电极倍率性能的提升主要源于电化学动力学优化, 其中Co单原子位点在促进快速储能方面更具优势. 本研究为单原子位点调控碳基超级电容器电极材料倍率性能提供了科学依据.
中图分类号:
TrendMD: