硒空位调控(Ni,Co)Se2纳米片的载流子分离加速机制及其高性能超级电容器应用

为解决超级电容器能量密度低、反应动力学受限等问题，上海研究人员通过ZIF-L模板法构建了富含硒空位的三角锥状(Ni,Co)Se2纳米片。该材料通过空位工程使带隙缩小至1.8eV，载流子密度提升3倍，在1A g-1下实现1011C g-1的超高比容量，组装的混合超级电容器能量密度达68.13Wh kg-1，为ZIF转化材料设计提供了新范式。

　　

随着智能穿戴设备的爆发式增长，能源存储领域正面临前所未有的挑战。传统超级电容器(SCs)虽具有充放电速度快、循环寿命长等优势，但其能量密度(Energy density)始终难以突破瓶颈。更令人头疼的是，当电流密度提升至10A g^-1时，大多数电极材料会出现25%以上的容量衰减，这就像跑车在高速行驶时突然"掉电"，严重制约着实际应用。

上海某高校的研究团队将目光聚焦于过渡金属硒化物(TMS)。这类材料本应具备优异的导电性，但实验数据却总与理论预测相差甚远。问题出在哪？通过深度分析发现，活性位点不足和反应动力学迟缓是两大"罪魁祸首"。就像交通拥堵的十字路口，电子和离子在材料内部"寸步难行"。

研究人员独辟蹊径，采用沸石咪唑酯骨架材料(ZIF-L)作为结构模板，通过共沉淀-原位蚀变-硒化-化学还原四步法，成功制备出富含硒空位(V_Se)的三角锥状(Ni,Co)Se₂纳米片。这种"先搭骨架后挖洞"的策略，就像用乐高积木搭建多孔建筑，既保留了结构稳定性，又创造了大量离子传输通道。

关键技术包括：ZIF-L模板转化技术、NaBH₄溶液化学还原法构建硒空位、密度泛函理论(DFT)计算带隙结构、紫外可见光谱(UV-vis)分析光吸收特性，以及三电极体系测试电化学性能。

形貌与结构表征显示，原始ZIF-L呈紫色三角叶片状阵列，经镍离子蚀变后转变为浅绿色(Ni,Co)-LDH前驱体，最终硒化得到黑色(Ni,Co)Se₂。透射电镜观察到0.26nm的晶格条纹对应(210)晶面，而X射线光电子能谱(XPS)中58.6eV的结合能证实了Se^2-的存在。

电化学性能测试结果令人振奋：在1A g^-1电流密度下，V_Se-(Ni,Co)Se₂的比容量高达1011C g^-1，是未引入空位样品的1.7倍。即使电流增至10A g^-1，容量保持率仍达74.2%，这相当于运动员在提速后仍能保持稳定发挥。组装的混合超级电容器(HSC)能量密度达68.13Wh kg^-1，远超商业活性炭器件。

机理研究通过DFT计算揭示了本质原因：硒空位在禁带中引入缺陷能级，使带隙从1.8eV缩窄至1.2eV，就像在电子传输路径上架设了"立交桥"。莫特-肖特基(Mott-Schottky)测试显示载流子浓度提升3倍，态密度(DOS)分析证实费米能级附近电子态显著增加，这些都为快速电荷转移提供了理论支撑。

这项发表于《Journal of Colloid and Interface Science》的研究，首次将ZIF转化与硒空位工程相结合，建立了"空位-载流子动力学-电化学性能"的协同调控模型。就像为超级电容器装上了"涡轮增压器"，通过原子级缺陷工程显著提升了反应动力学。该工作不仅为高性能储能材料设计提供了新思路，更推动了对过渡金属硒化物本征特性的认知边界。