无氨合成新方法！在碳片上构建异质结赝电容电极，用于超级电容器

1成果简介

氮化钒（VN）被视为超级电容器的理想电极材料，但其易氧化和溶解的特性限制了其广泛应用。本文，宁夏大学谭永涛 副教授、天津大学刘浩锐 副教授、徐建铁 教授等在《ChemEurJ》期刊发表名为“Construction of Heterostructure Pseudocapacitive Electrode VN/MnOxon Carbon Sheet Synthesized by C3N4 Self-Sacrifice Method for Supercapacitors”的论文，研究提出采用C3N4自牺牲法在碳片上构建异质结构赝电容电极VN/MnOx用于超级电容器。

该方法既可避免使用NH3，又能同步制备碳材料。通过调节锰含量可缩小带隙，从而提升导电性并加速电化学动力学过程，进而增强电化学性能。优化后的C/VN/MnOx电极在0.5 A g⁻¹电流密度下实现424 F g⁻¹的峰值比电容，显著优于C/VN-700基材（150 F g⁻¹）。此外，组装的Ni(OH)₂//C/VN/MnOx-700-1器件展现出37.05 Wh kg⁻¹的高能量密度，经20,000次循环后仍保持84%的优异循环寿命，这将进一步推动钒纳米材料在超级电容器中的应用。本研究开创了无氨合成新路径，构建出异质结赝电容电极实现高比电容，推动了钒氧化物材料在高性能超级电容器中的实际应用。

2图文导读

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方案一、Schematic diagram of preparation of C/VN/MnOx.

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图1、SEM images of a) C/VN-700, b) MnVO-1, c) C/VN/MnOx-700-0.2, d) C/VN/MnOx-700-0.5, e) C/VN/MnOx-700-1, f) C/VN/MnOx-700-2 and g) C/VN/MnOx-700-4; h) TEM images (inset: particle size distribution), i) HRTEM, j) elements mapping and k) electron diffraction pattern of C/VN/MnOx-700-1; l) XRD patterns of C/VN/MnOx-700-Y.

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图2、High resolution of XPS spectra of C/VN/MnOx-700-Y and C/VN-700: a) N 1s, b) V 2p, and c) Mn 2p.

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图4、Electrochemical performance analysis of C/VN-700 and C/VN/MnOx-700-Y: a) CV curves, b) GCD curves, c) specific capacitances (inset: specific capacitances at 0.5 A g−1), d) EIS plots.

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图4、Pseudocapacitance analysis of C/VN/MnOx-700-1: a) CV curves at different scan rates from 5 to 50 mV s−1, b) Corresponding logarithm (peak current) and logarithm (scan rate) plots obtained from the CV data, c) CV curve with capacitance contribution at 5 mV s−1, d) Capacitive contribution at different CV scanning rates.

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图6、Electrochemical performance analysis of C/VN/MnOx-X-1: a) CV curves, b) GCD curves, c) specific capacitances, and d) EIS plots.

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图7、Electrochemical properties of Ni(OH)2//C/VN/MnOx-700-1 supercapacitors: a) CV curves of Ni(OH)2 and C/VN/MnOx-700-1 at 5 mV s−1 scanning rate, b) CV curves at different scanning rates, c) GCD curves at different current densities, d) Ragone plot, e) Cycle life.

3小结

通过惰性气氛下的C3N4自牺牲法成功合成了C/VN/MnOx复合材料。引入MnOx后可调节并缩小带隙，从而提升电化学性能。优化后的C/VN/MnOx材料在0.5 A g⁻¹电流密度下可达424 F g⁻¹的峰值比电容，显著超越C/VN-700材料（150 F g⁻¹）。此外，组装的Ni(OH)₂//C/VN/MnOx-700-1器件还展现出37.05 Wh kg⁻¹的高能量密度，在20,000次循环后仍保持84%的优异循环寿命，这将进一步推动VN在超级电容器中的应用。

文献：
https://doi.org/10.1002/chem.202503084

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来源：材料分析与应用