過渡金屬硫化物因其高理論比電容和優異的電化學活性引起了廣大研究學者的興趣。相關報道從理論和實驗上都表明合理設計和制備可控微觀形貌和結構是提高硫化鎳儲能性能的有效策略。為進一步提高NiS電極材料性能，近日，煙臺大學環境與材料工程學院杜偉教授團隊在國際知名期刊Chemical Engineering Journal（中科院一區TOP，IF:13.273）上連發兩篇題為“Morphology controlled hierarchical NiS/carbon hexahedrons derived from nitrilotriacetic acid-assembly strategy for high-performance hybrid supercapacitors”（通訊作者為杜偉教授）和“Embedding NiS nanoflakes in electrospun carbon fibers containing NiS nanoparticles for hybrid supercapacitors”（通訊作者為杜偉教授和解秀波副教授）的高水平研究論文。
該團隊提出了一種次氮基三乙酸（NTA）輔助水熱制備金屬硫化物電極材料的創新策略。該策略巧妙利用了NTA的絡合作用，在實現碳材料和NiS的牢固結合的同時，有效調控了復合材料單元結構的微觀形態，其形貌演變如圖1所示。得益于分層組裝模式和穩定鍵合的協同作用，優化后的NiS/碳電極（NiS/NTA-2）在1.0 A g-1下具有1530.4 F g-1的優異比電容和5000次循環后85.6%的出色循環穩定性。所構建的NiS/NTA-2//AC混合超級電容器具有高達35.1 Wh kg-1的能量密度。該策略利用金屬絡合物獨特的化學性質，顯著提升了超級電容器的儲能效果，為相關研究提供了新思路。（論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.133673）
圖1NiS/碳六面體復合材料的形貌示意圖
此外，該團隊創新性地提出了一種新穎且可擴展的“內外協同”策略來全面提升超級電容器的電化學性能。通過該策略將尺寸均勻的NiS納米顆粒通過靜電紡絲技術封裝在碳纖維的內部區域作為氧化還原活性劑，不但賦予電極法拉第電容，而且有效地避免了納米顆粒的聚集。同時，均勻分布的NiS納米片通過浸漬-硫化過程牢固地嵌入在碳纖維的外表面，顯著擴大了離子擴散區域，并緩解了體積膨脹，如圖3所示。特殊的結構設計使NiSNF/CF@NiSNP-3電極在1.0 A g-1下具有高達1691.1 F g-1的比電容。組裝的NiSNF/CF@NiSNP-3//AC混合超級電容器的最大能量密度和功率密度高達31.2 Wh kg-1和4004.3 W kg-1。這種“內外結構同時利用”的設計為增強纖維類電極材料的儲能效果提供了有吸引力和指導性的見解，并且可以被擴展應用到各類能源材料系統之中。（論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137262）
圖2NiSNF/CF@NiSNP復合材料的（a）結構設計理念和（b）制備流程示意圖
杜偉教授長期致力于碳基復合材料的制備及器件應用研究，已完成國家自然科學基金和山東省中青年科學家獎勵基金各1項，山東省研究生教育創新項目1項，參與省部級以上項目7項。在Chemical Engineering Journal，Journal of Colloid and Interface Science，ACS Applied Materials & Interfaces，Nanoscale等國際高水平學術期刊發表SCI論文80余篇，被引用2000余次。應出版社邀請，成為ChemicalEngineeringJournal、Journal ofMaterialsChemistry A、ElectrochimicaActa、Journal ofAlloys andCompounds、Journal ofEnergyChemistry等雜志審稿人。
