【文章信息】
电化学活化诱导NiFe-LDHs表面重构产生异质结构作为具有增强中性介质下储能性能的新型正极
第一作者：张鹏飞，邓晓阳
通讯作者：王孝广*
【研究背景】
层状双氢氧化物(LDHs)是一种很有前途的混合型超级电容器电极材料。然而，它们在中性电解液中较低的容量是其实际应用的主要限制。因此提高LDHs材料在中性电解液中的储能容量是一个亟待解决的问题。为了更好地与中性电解质匹配，对LDHs材料进行优化设计是一种有效的途径，但同时也是一个巨大的挑战。最近，电化学循环活化(ECA)方法因其低成本、省时和可调节的特点而被广泛用于调节能量储存和转换材料结构。然而迄今报道的大多数电化学活化主要集中在缺陷的构筑上且发生在较低的电位窗口下，而我们认为在高的电位窗口下对LDHs材料进行活化将会诱导LDHs材料价态的变化，从而有望在衬底表面形成新相，新相与衬底表面形成的异质结构将大大提高中性介质下的储能性能。
【文章简介】
近日，来自太原理工大学的王孝广教授，在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“Electrochemical-induced surface reconstruction to NiFe-LDHs-based heterostructure as novel positive electrode for supercapacitors with enhanced performance in neutral electrolyte”的文章。该文章提出了一种High-voltage ECA的方法来在NiFe-LDHs衬底表面原位构筑NiOOH相，新形成的NiOOH相与NiFe-LDHs相形成NiFe-LDHs/NiOOH异质结构，极大地提高了NiFe-LDHs在中性电解液中的储能性能。这项工作为设计和配置高性能储能器件材料提供了新的途径。
【本文要点】
要点一：一种新的高压电化学循环活化工艺
ECA工艺因其低成本、省时和可调节的特点而被广泛研究。发现迄今为止报道的大多数电化学活化电极主要集中在缺陷位点的构建上并且主要集中在较小的工作电位窗口下进行(< 0.6 V vs. RHE)。然而，作为一种有前途的OER催化剂，LDHs材料通常在较高的电位(> 1.23 V vs. RHE)下催化O2析出。在外加电位(约1.23 V vs. RHE)和电解质的双重作用下，LDHs会发生一定的结构/相转变。在这一过程中，LDHs倾向于产生新的高价物相，这些物相被证实为OER的催化位点。受此启发，我们发现在适当的高电压活化过程后，在LDHs材料表面会形成一种新的异质界面。由于独特的异质界面的存在，它可以为电解质离子提供新的嵌入通道和丰富的吸附表面，最终有利于提高在中性介质下的储能性能。
要点二：NiFe-LDHs/NiOOH异质结构可以提供丰富的界面和活性位点
经过High-voltage ECA处理的电极的离子扩散系数远大于初始的NiFe-LDHs电极，证明ECA (1.2 V-50)电极中NiFe-LDHs/NiOOH异质结构有利于离子的快速扩散。另一方面基于电化学双电层电容(Cdl)与电化学活性表面积(ECSA)呈正相关的关系，High-voltage ECA处理的电极拥有更大的电化学活性比表面积，从而有着更多的电化学活性位点，这无疑有利于加速电解质离子的吸附/解吸和嵌入/脱出过程，从而大大提高比容量。
要点三：前瞻
目前对于High-voltage ECA的研究仍然有限，当然这也会成为未来一个重要的研究要点。我们发现高的电位会诱导新相的形成从而构造不同结构的电极材料，然而电极材料在高的电位窗口下进行电化学活化不可避免的会对材料造成一些破坏，因此探索合适的电化学活化窗口是一个研究关键。另一方面恒电位极化或许也是一种省时、节能的好方法，使材料在固定的电位下进行活化将会更高效地诱导材料表面结构/物相发生改变。
【文章链接】
Electrochemical-Induced Surface Reconstruction to NiFe-LDHs-Based Heterostructure as Novel Positive Electrode for Supercapacitors with Enhanced Performance in Neutral Electrolyte
https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137886
【通讯作者简介】
王孝广，男，中共党员，1982年2月生，山东淄博人，2011年毕业于山东大学材料学院材料科学与工程专业，获工学博士学位。2011年起在太原理工大学参加工作，2014-2015年在Marie Curie COFUND Programme资助下于欧盟伊比利亚纳米技术实验室从事博士后研究工作，2017年入选山西省高等学校优秀青年学术带头人。以第一或通讯作者身份在 Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater., ACS Catal., J. Mater. Chem. A, ACS Appl. Mater. Interfaces, Nanoscale, Chem. Commun.等材料及电化学领域知名学术期刊上发表论文 30 余篇（含 ESI 高被引论文 5 篇，一区论文 19 篇，总影响因子>190）；合作署名发表学术论文 20 余篇；截至目前被他引 2300 余次；H 因子为 35；以第一发明人授权国家发明专利 8 项。
