上海硅酸鹽所研發(fā)出新型超級電容器材料nb4n5納米孔薄膜

未來便攜式電子設(shè)備和電動汽車急需各種高效電源，正在發(fā)展中的超級電容器是一種擁有美妙前景的儲能裝置，兼為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界所青睞。常見的超級電容器電極材料主要包括ruo2、mno2、nio等過渡金屬氧化物、碳材料以及導(dǎo)電聚合物材料。近年來，過渡金屬氮化物（tin、vn、wn、mo2n等）作為超電材料的研究不斷見諸報道，基于低成本、優(yōu)良的電化學(xué)性能、高摩爾密度、良好的電化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點，有望成為優(yōu)質(zhì)的器件電極材料，應(yīng)用于下一代超級電容器儲能電源。

Nb4N5納米孔薄膜的制備過程及電化學(xué)性能

最近，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所和北京大學(xué)合作研究，崔厚磊、黃富強(qiáng)等研究者發(fā)現(xiàn)了一種全新的超級電容器性能優(yōu)異的氮化鈮電極材料——nb4n5納米孔薄膜。nb4n5屬于四方晶系的i4/m空間群，為一種富含nb空位缺陷的nacl型結(jié)構(gòu)，從未被用作儲能材料。其制備過程簡單，只需對nb箔在適當(dāng)條件下進(jìn)行陽極氧化，隨后在nh3氣氛中熱處理，即可制備出高度有序的nb4n5納米孔陣列。xps分析結(jié)果表明nb4n5同時包含nb3+和nb5+，混合價態(tài)陽離子的存在不僅產(chǎn)生了法拉第贗電容，而且導(dǎo)致了良好的類金屬的導(dǎo)電性。在1mh2so4電解液中，0.5macm-2的電流密度下獲得了226mfcm-2的面電容量，遠(yuǎn)高于類似nb2o5電極的0.2mfcm-2，也達(dá)到了金屬氮化物納米結(jié)構(gòu)薄膜電極的最高水平。電流密度增大到10macm-2時，仍可保留為137mfcm-2說明了良好的倍率性能。此外通過多巴胺的聚合、碳化，在nb4n5納米孔薄膜電極包覆了超薄碳膜，顯著改善了循環(huán)穩(wěn)定性，2000個循環(huán)伏安周期后電容保留率提高到接近100%。研究表明，碳包覆的nb4n5納米孔薄膜可以組成雙電極對稱器件，具有良好的實際應(yīng)用潛力。

nb4n5納米孔薄膜還可作為良好支撐體來沉積其他活性材料，組成復(fù)合電極；還有望應(yīng)用于其他能源相關(guān)的應(yīng)用中。該材料制備方法簡單可靠，形貌結(jié)構(gòu)優(yōu)異，電化學(xué)性能優(yōu)越，可以推廣至ti、w、zr、nb和ta等體系中，為開發(fā)設(shè)計新型的氮化物、氧氮化物超電電極材料提供了良好思路。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在advancedscience上。

相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金、上海市科委重點基金項目的資助。

編輯：admin  最后修改時間：2017-08-01