双界面诱导的多活性MCo2O4@MCo2S4@PPy 三明治结构用于能源储存和电催化

1. 通过简单的水热方法合成了MCo₂O₄@MCo₂S₄@PPy三明治结构.
2. 通过实验证实双界面具有更多的活性位点.
3. 合成的产物可用于能源储存器件与电催化剂.

【前沿部分】

过渡族金属氧化物具有高的比电容，资源丰富和污染少等特点。然而， 因其弱的导电性制约着其在能源储存和电催化领域进一步应用。设法提高其导电性成为研究重点。导电聚合物，金属硫化物相比金属氧化物具有更好的导电性，因此， 构筑金属硫化物与金属氧化物，以及导电聚合物与金属氧化物的核壳结构被认为是一种有效的方法。 三明治结构的电极材料可以满足这一条件。同时，电极材料的界面在电化学过程中能够持续提供大量的活性位点，进而提高其电化学性能。最近，沈阳工业大学武祥教授课题组通过水热法成功合成了双界面诱导MCo₂O₄@MCo₂S₄@PPy（M=Ni, Zn）三明治结构的电极材料。当其用于能源储存和电催化时，均表现出优异的电化学性能。最后，通过实验分析发现，双界面可以激发更多的活性位点，有助于提高材料的电化学和电催化性能 。该文章发表在国际顶级期刊Nano Energy上，第一作者是硕士二年级研究生赵德鹏同学。

【核心内容】

图1. 所制备MCo₂O₄@ MCo₂S₄@PPy的合成示意图。图2 所制备电极材料的结构表征 (a) XRD 图，(b) 拉曼光谱，(c) 红外光谱，(d) N₂吸脱附曲线，(e-f) 孔径分布。图3 (a-d) NiCo₂O₄@NiCo₂S₄@PPy-24 样品的 SEM、TEM和 HRTEM，(e-g) ZnCo₂O₄@ZnCo₂S₄@PPy-24产物的SEM、TEM 和HRTEM，(h) 截面示意图。

图4. 产物的电化学性能（a）各种产物的CV曲线对比，（b）电流密度为4 mA/cm²的充/放电曲线，（c）在1 A/g的充/放电曲线，（d）质量和面积比电容，（e）氧化峰的b值，（f）扩散和赝电容所占的百分比，（g）产物的阻抗谱，（h）阻抗谱的动力学分析，（i）循环稳定性测试。图5 器件的电化学性能（a）活性炭和NiCo₂O₄@NiCo₂S₄@PPy-24的CV曲线，（b）CV曲线，（c）充/放电曲线，（d）阻抗谱，（e）拉贡图，（i）循环稳定性测试。图6. 产物的电催化性能（a）LSV曲线，（b）塔菲尔曲线，（c）产物的Cd₁值，（d）循环稳定性测试。                                                             图7. 电化学机理图。

【小结】

基于导电性对电化学性能的影响， 通过水热合成方法制备了生长在泡沫镍集流体上的MCo₂O₄@MCo₂S₄@PPy一体化电极材料。该结构从核到最外层的壳呈现出导电性逐渐增加地趋势。为电子的输运提供了更加快捷的传输通道。同时，基于界面处所拥有大量活性位的特点， 制备了具有双界面的三明治结构。通过实验的分析，能够进一步得出双界面具有更加优越的性能比单界面的电极材料。

Depeng Zhao, Hengqi Liu, Xiang Wu^*, Bi-interface induced multi-active MCo₂O₄@MCo₂S₄@PPy (M=Ni, Zn) sandwich structure for energy storage and electrocatalysis, Nano Energy, 2019, DOI:10.1016/j.nanoen.2018.12.066